Ефективність точного землеробства в аграрному бізнесі

Ефективність точного землеробства в аграрному бізнесі

/ Механізація АПК / Вівторок, 24 вересня 2019 12:45

Метою виробництва продукції рослинництва в сучасних умовах є отримання максимального прибутку за одночасного збереження родючості ґрунтів і навколишнього середовища.

На сьогодні для широкого кола фермерів і агропідприємств України стали доступними технології точного землеробства (ТЗ). Вони дозволили перейти від поняття «обробіток поля в цілому» до польових операцій високої точності і керувати варіаціями технологічних внесень залежно від агробіологічного стану поля. Метою є надання кожній рослині того, що вона потребує для оптимального росту і розвитку за оптимізації прибутковості («більше за менші витрати»).

Розвитку технологій ТЗ сприяють такі фактори сьогодення, як використання удосконалених датчиків і виконавчих сервоприводів робочих органів машин, різке здешевлення і покращення обчислювальних можливостей мікропроцесорів, запровадження технологій стільникового зв’язку 4G із високою пропускною здатністю, поява інформаційних систем на базі хмарних технологій, можливість аналітичної обробки практично безмежних за розміром баз даних.

Темпи впровадження елементів ТЗ у господарства продовжують зростати (рис. 1), і поступово вимальовуються так звані Smart-технології землеробства на основі керування цифровими даними. Ефективність останніх виявляється вищою, ніж звичайних.

 

14 405 64 1

Рис. 1. Темпи впровадження елементів точного землеробства

 

Розглянемо, як приклад, основні напрями удосконалення місцевизначеної сівби.

Поширюється використання на посівних і садильних агрегатах автоматизованих систем управління рухом МТА, мікропроцесорних систем керування висівом насіння, бортових комп’ютерів, а в кабіні трактора — моніторів для контролю за швидкістю руху агрегату, рівнем посівного матеріалу в бункерах, нормою висіву насіння і добрив, глибиною загортання, величиною засіяної площі тощо. Наприклад, компанія Precision Planting (США) на сьогодні є однією із провідних в Україні, яка пропонує рішення для поліпшення якості сівби практично будь-яких видів сівалок. Precision Planting спеціалізується на розробці і впровадженні технологій високоточного висіву насіння і контролю за процесом сівби та демонструє системний підхід до вирішення проблем сівби із застосуванням ряду цікавих рішень.

Передусім компанія пропонує висівні апарати точного висіву vSet вакуумного типу, які дозволяють підвищити точність висіву культур, особливо соняшнику, з мінімальною кількістю двійників і пропусків за рівної відстані між рослинами в рядку. Висівний апарат має лаконічну, цілеспрямовану на простоту налагодження і обслуговування, конструкцію. Причому в якості приводу кожного висівного апарату сівалки пропонується індивідуальний електропровід, що відкриває широкі можливості покращення точності висіву.

Електропровід висівних апаратів vDrive дозволяє змінювати норму висіву з кабіни трактора, автоматично відключати висів на перекриттях (рис. 2), значно підвищити якість розподілу насіння у рядку, забезпечує стабільну норму висіву на ділянках, де сівалка повертає.

 

14 405 64 2

Рис. 2. Відключення секцій на перекриттях

 

У випадках повороту посівного агрегату абсолютна лінійна швидкість руху внутрішніх і периферійних секцій значною мірою різниться. Бортовий комп’ютер на підставі інформації про швидкість руху центра МТА, радіуса повороту і ширини захвату сівалки випрацьовує пропорційний сигнал управління на кожен електропривід секції, що не допускає пересіву на внутрішніх рядах і недосіву на зовнішніх та забезпечує однакову задану відстань між насінинами для всіх секцій (рис. 3). Такий підхід набуває важливості під час сівби по контурах, на поворотах і терасах.

 

14 405 64 3

Рис. 3. Фрагмент посівів кукурудзи зі стабільною нормою висіву на поворотах

 

Система Precision Planting DeltaForce дозволяє автоматично змінювати необхідне зусилля на сошник під час зміни типу або щільності грунту, наприклад, за сівби у вологий або переущільнений грунт. Автоматичне регулювання глибиною висіву в режимі реального часу відбувається гідроциліндром (рис. 4).

 

14 405 66 1

Рис. 4. Система Precision Planting DeltaForce для автоматичної зміни зусилля на сошник

 

Гідроциліндр може створювати позитивне або від’ємне зусилля на штоку, щоб довантажити або розвантажити силу притискання секції до грунту. Величина зусилля обумовлена станом керуючого клапана з ШІМ управлінням і контролюється тензометричним датчиком, що встановлений на осі опорного колеса.

На рис. 5 показана порівняльна картина фрагменту поля з рівномірним притискним зусиллям (а значить і рівномірною глибиною заробки насіння) секції до поверхні поля (зліва) та картограма зусилля на штоку гідроциліндра системи DeltaForce для досягнення заданої рівномірного зусилля притискання.

 

14 405 66 2

Рис. 5. Фрагмент поля із використанням системи DeltaForce і картограма зміни зусилля на штоку гідроциліндра

 

Можна побачити, що для досягнення заданої сили притискання секції до грунту зусилля на штоку гідроциліндра варіювало від від’ємного значення
-23 кг до значень близько 100 кг. Характерним є динаміка зміни зусилля на штоку гідроциліндра, що позначена на рис. 6 червоною розмірною лінією. Показана площа поля, що засівалася сівалкою від заправки ящиків насінням до спустошення. Видно, наскільки чутлива й ефективна система DeltaForce, що реагує навіть на масу насіння у насіннєвому ящику і компенсує ці зміни.

Для аналізу таких важливих під час висіву насіння параметрів, як рівень вологості грунту на глибині заробки насіння, стан температури грунту для швидкого проростання і рівень родючості його компанія Precision Planting пропонує систему контролю SmartFirmer (рис. 6).

 

14 405 66 3

Рис. 6. Датчик системи SmartFirmer

 

Система SmartFirmer дозволяє вимірювати рівень органічної речовини в грунті, вологість, температуру і рівень засміченості борозенки. Кожен з означених параметрів вимірюється відповідним датчиком, інформація з яких передається до бортового комп’ютера. Останній, залежно від обраного алгоритму обробки інформації із датчиків, випрацьовує сигнал управління на електропривід висівних апаратів vDrive. Це забезпечує автоматичний контроль норми сівби в режимі реального часу з шириною захвату сівалки B (рис. 7).

 

14 405 66 4

Рис. 7. Фрагмент картограми рівня органічної речовини в грунті (зліва) і норма висіву насіння (тис./га) для цієї ж ділянки поля

 

Важливим показником закладання насіння у грунт з різним рівнем органічної речовини є температура насіннєвого ложе борозенки (рис. 8).

 

14 405 67 1

Рис. 8. Рівень органічної речовини в грунті (зліва) і температура насіннєвого ложе

 

З рисунку видно, що температура закладання насіння у борозенку поступово змінюється від 10°С (вночі і зранку) до близько 20°С вдень.

Далі розглянемо стан і рівень точності виконання однієї із найбільш поширених операцій ТЗ — картографування місцевизначеної урожайності.

Для повноцінного функціонування системи моніторингу врожайності зернових культур необхідний комплекс обладнання, що складається із бортового комп’ютера з монітором і системою вводу інформації, обладнання глобальної супутникової системи навігації і низки датчиків: ефективної ширини захвату жатки комбайна, положення її, швидкості руху комбайна й елеватора очищеного зерна, вологості і температури зерна, інтенсивності потоку очищеного зерна в бункер (маси зерна), втрат зерна.

Кожен із цих приладів і датчиків мають свої похибки функціонування і, відповідно, визначають загальну точність вихідної інформації для побудови картограм урожайності. Впливовими факторами є величина транспортного запізнення подачі очищеного зерна до датчика маси; дифузія потоку хлібної маси під час проходження робочими органами комбайна від різального апарата жатки до бункера; похибки в роботі датчика маси зерна і якість його калібрування; варіації ширини захвату жатки під час збирання; помилки обладнання ГСП; похибки датчика втрат зерна; алгоритмічні підходи за побудови картограм урожайності тощо.

Для побудови високоточних картограм урожайності зернових культур необхідно вирішувати задачу відновлення інтенсивності надходження потоку зерна на жатку за результатами вимірювання інтенсивності вихідного потоку зерна в бункер. Для цього, наприклад, можна використовувати так звану інтегральну модель Дюамеля із визначенням імпульсної перехідної функції динамічної системи комбайна. На жаль, жодна з провідних компаній, що спеціалізуються на виготовленні обладнання для картографування урожайності, ще не «доросла» до використання подібних технологічних прийомів, і така й аналогічні задачі є завданням для сучасних молодих талантів в галузі механізації рослинництва.

 

14 405 67 2

Комплекс обладнання для реєстрації місцевизначеної урожайності зернових

 

Сучасне сільське господарство стоїть на порозі п’ятого етапу розвитку механізованих технологій, що буде базуватися на робототехніці та елементах штучного інтелекту. Почнуть домінувати безпілотні машини та автономні системи прийняття рішень.

За останніми прогнозами, в період до 2022 року об’єм ринку безпілотних польових машин (БПМ) для рослинництва виросте близько до 20 млрд дол. Розвиток робототехніки за останнє десятиліття призвів до того, що роботизовані системи все частіше використовуються для застосування у різних комерційних завданнях.

Розпочалось інтенсивне використання дронів, у тому числі і сільськогосподарського призначення, і це допомагає значно покращити впровадження технологій ТЗ. Вони збирають інформацію про стан полів і сільгоспугідь та вносять отримані дані в електронну карту поля. Завдяки цьому точність отриманої інформації підвищується у декілька разів, а витрати на складання подібної карти, навпаки, значно скорочуються. Крім того, повітряні системи типу квадрокоптерів сьогодні вносять поживні речовини, проводять обприскування рослин пестицидами.

Але найбільш ефективними і водночас складними завданнями для покращення використання техніки в сучасному рослинництві є навігація і управління рухом безпілотними наземними сільськогосподарськими машинами. Інтенсивно розвивається теорія і практика водіння МТА за заданим маршрутом. Сучасні сільськогосподарські машини стали об’єктами, до яких необхідно застосовувати термінологію теорії навігації й управління рухом.

Все ширшого застосування набувають системи роботизованого виконання польових технологічних завдань, наприклад операцій збору та реєстрації місцевизначених польових даних, а також використання МТА на таких операціях, де задіяні шкідливі для людини речовини й об’єкти. Застосування наземних засобів автоматизованого збору польових даних дозволяє зменшити витрати робочого часу на проведення операцій моніторингу стану екосистем, підвищити просторову точність виконання польових завдань і забезпечити безперервність процесів моніторингу природних ресурсів. Крім того, використання безпілотних систем для управління кінематикою руху польових мобільних об’єктів дає можливість знизити собівартість виконання польових механізованих операцій шляхом економії витрат на оплату праці оператора.

Робот-косарка LINEX TX-1500 функціонує за датчиками орієнтації та глобальної системи позиціонування (ГСП). Бортовий комп’ютер косарки передає по радіоканалу на відстань до 800 м на робоче місце оператора інформацію про траєкторію і кінематичні параметри руху. Косарка має двигун потужністю 100 к.с., масу — 2200 кг, регульовану ширину захвату — 1.6-2.3 м.

 

14 405 67 3

Робот-косарка LINEX TX-1500

 

Машинобудівні компанії України (ХТЗ), Росії, Індії, ФРН, США, Канади та ще багатьох країн приступили до випуску експериментальних зразків безпілотних тракторів, які мають функції стереоскопічного технічного зору і виконують польові операції оранки, сівби тощо за допомогою комплексних навігаційних систем.

 

Леонід АНІСКЕВИЧдоктор техн. наук, професор НУБіП України

 11 грудня 2019
Кабінет міністрів обмежив суму державної підтримки фермерів до 50 млн грн в одні руки замість 150 млн грн.
Кабінет міністрів обмежив суму державної підтримки фермерів до 50 млн грн в одні руки замість 150 млн грн.
11 грудня 2019
 11 грудня 2019
За 11 місяців поточного року Україна продала за кордон 375,1 тис. тонн товарів групи "М’яса та їстівні субпродукти птиці".
За 11 місяців поточного року Україна продала за кордон 375,1 тис. тонн товарів групи "М’яса та їстівні субпродукти птиці".
11 грудня 2019
 11 грудня 2019
На сайті ДП «Держреєстри України» почала працювати нова послуга з контролю фактичних обсягів зерна в зерносховищах, підключених до Основного реєстру складських документів.
На сайті ДП «Держреєстри України» почала працювати нова послуга з контролю фактичних обсягів зерна в зерносховищах, підключених до Основного реєстру складських документів.
11 грудня 2019
 11 грудня 2019
9 грудня група компаній "ПроАгро Груп" провела Форум "Аграрні інновації 2019", що зібрав експертів з впровадження інновацій агрокомпаній, розробників інноваційних рішень для агросектору, а також представників аграрної галузі, які зацікавлені у впровадженні інноваційних технологій та процесів на своїх підприємствах, а також тих, хто вже має досвід застосування інновацій.
9 грудня група компаній "ПроАгро Груп" провела Форум "Аграрні інновації 2019", що зібрав експертів з впровадження інновацій агрокомпаній, розробників інноваційних рішень для агросектору, а також представників аграрної галузі, які зацікавлені у впровадженні інноваційних технологій та процесів на своїх підприємствах, а також тих, хто вже має досвід ...
11 грудня 2019
 11 грудня 2019
Графікові маршрутні перевезення дали змогу значно підвищити ефективність використання рухомого складу Укрзалізниці.
Графікові маршрутні перевезення дали змогу значно підвищити ефективність використання рухомого складу Укрзалізниці.
11 грудня 2019
 11 грудня 2019
Мінекономрозвитку запустить до 1 травня 2020 року електронний кабінет користувача для сертифікації насіннєвого матеріалу.
Мінекономрозвитку запустить до 1 травня 2020 року електронний кабінет користувача для сертифікації насіннєвого матеріалу.
11 грудня 2019

Please publish modules in offcanvas position.