Точное сельское хозяйство в земледелии.

Вступление.

Использование тягловых животных изменило сельское хозяйство, значительно сократив тяжелую работу и повысило производительность. Последующая революция в начале 1900-х годов заменила тягловых животных на трактора увеличив производительность в разы. В настоящее время осуществляется третья трансформация - переход к информационному сельскому хозяйству.

Электроника, включая микропроцессоры, стали неотъемлемой частью современной сельскохозяйственной техники. Системы управления и автоматизации современных машин невозможно без электроники. Так же электроника создала новый вид сельского хозяйства, так называемое точное сельское хозяйство (управление урожайности на конкретных участках).

В традиционном сельском хозяйстве поля обрабатываются равномерно. Например, скорость внесения удобрений остается постоянной по всему полю, даже если само поле неоднородно. Например, на холмистой местности почва вблизи вершины холма сливает дождевые осадки, в то время как почва у подножия холма может впитывать дополнительную воду.

Цель точного земледелия состоит в том, чтобы использовать преимущества таких пространственных различий в пределах поля, например, применяя меньше удобрений к районам, которые получают меньше осадков (и, следовательно, имеют более низкий потенциал урожайности), и больше к районам, которые получают больше осадков (и, следовательно, имеют более высокий потенциал урожайности).

Эта концепция не нова. Еще в 30-х годах была описана процедура отбора проб почвы и предварительной разметки карт для неравномерного распределения семян, удобрений и пестицидов. Однако точное сельское хозяйство не получило широкого распространения из-за отсутствия необходимых технологий. Более поздние инновации позволили возродить эту концепцию. В систему точного сельского хозяйство вошли:

- датчики для измерения состояния почвы и урожая;

- навигационная система для определения положения машины в пределах географической информационной системы;

- электронные системы управления для сбора информации и автоматического управления техникой.

Датчики в точном сельском хозяйстве.

Датчик — конструктивно обособленное устройство, содержащее один или несколько первичных измерительных преобразователей. Датчик предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.

Датчики помогают экономить ресурсы, снижать воздействие на окружающую среду и повышать производительность.

Основные виды датчиков для земледелия.

Новая технология интеллектуального зондирования позволяет фермерам удаленно отслеживать численность вредителей на своих полях в режиме реального времени и принимать немедленные меры по защите своих посевов, используя онлайн сервисы и панели мониторинга.

Ловушка использует феромоны для приманки, чтобы поймать конкретного вредителя. Информация о вредителе передается по беспроводной сети обратно на базовую станцию или компьютер фермера. Затем фермер может просмотреть спутниковое изображение своего поля с подсчетом количества вредителей, пойманных в каждой конкретной ловушке, а также подробную информацию об исторических тенденциях и использовании пестицидов. Это автоматизирует процесс проверки ловушек для насекомых и оптимизирует количество пестицидов на поле, устраняя ущерб от вредителей.

Оптические датчики используют свет для измерения свойств почвы, измеряя различные частоты отражения света в ближнем инфракрасном, среднем инфракрасном и поляризованном спектрах. Эти датчики могут быть размещены на транспортных средствах или беспилотных летательных аппаратах, что позволяет собирать и обрабатывать данные об состоянии почвы и цвете растений. Содержание глины, органического вещества и влаги в почве можно определить с помощью оптических датчиков.

Электрохимические датчики обрабатывают и картографируют химические данные почвы. Электрохимические датчики обеспечивают информацию, необходимую для точного земледелия—уровень питательных веществ в почве и рН. Образцы почвы направляются в лабораторию для исследования почвы, и проводится ряд стандартных лабораторных процедур. Некоторые измерения, особенно определение рН, выполняются с использованием ионоселективного электрода. Эти электроды улавливают активность определенных ионов, таких как нитрат, калий или водород.

Механические датчики используются для оценки уплотнения грунта в зависимости от переменного уровня уплотнения. Эти датчики используют механизм, который прорезает почву и фиксирует силу, измеряемую тензометрическими датчиками. Аналогичная технология используется на больших тракторах для прогнозирования требований к тяге для наземного оборудования. Тензометры, определяют силу, используемую корнями для поглощения воды, и очень полезны для ирригационных мероприятий. Когда датчик прорезает почву, он регистрирует силы сопротивления, возникающие в результате разрезания, разрушения и смещения почвы. Механическое сопротивление грунта измеряется в единице давления и представляет собой отношение силы, необходимой для проникновения в почву, к фронтальной площади инструмента, взаимодействующего с грунтом.

Диэлектрические датчики влажности почвы измеряют уровень влажности с помощью диэлектрической проницаемости, которая является электрическим свойством, изменяющимся в зависимости от содержания влаги в почве. Датчики влажности используются в сочетании с дождемерами по всему полю. Это позволяет наблюдать условия влажности почвы при низком уровне растительности.

Сельскохозяйственные метеостанции представляют собой автономные датчики, которые расположены в разных точках по растущим полям. Эти станции имеют смесь датчиков, которые применимы для местной культуры и климата. Информация, такая как температура воздуха, температура почвы на различных глубинах, относительная влажность, количество осадков, температура точки росы, влажность, хлорофилл, скорость ветра, направление ветра, солнечная радиация и атмосферное давление, определяется и регистрируется с запрограммированными интервалами. Эти данные накапливаются и передаются по беспроводной сети в центральный регистратор данных через запрограммированные интервалы.

Предоставляет фотографии здоровья листьев, измерения хлорофилла и уровня зрелости. Также используется для измерения индекса площади листьев и измерения органического и углеродного состава почвы. Обнаружение и диагностика заболеваний: Фотографии подозрительных растений могут быть направлены экспертам для анализа. Определение индекса площади листьев по фотографиям и регистрации яркости может помочь определить потребности в воде. Фотографии с камеры с ультрафиолетовым и белым светом точно предсказывают спелость.

Датчики местоположения используют сигналы со спутников GPS для определения широты, долготы и высоты с точностью до метра. Для триангуляции местоположения требуется минимум три спутника. Точное позиционирование является краеугольным камнем точного земледелия.

Топография и границы могут быть записаны с помощью высокоточного GPS, что позволяет получить очень точное топографическое представление любого поля. Эти точные карты полезны при интерпретации карт урожайности и карт сорняков. Границы полей, существующие дороги и водно-болотные угодья могут быть точно расположены, чтобы помочь в планировании поля.

Системы наведения могут точно позиционировать движущееся транспортное средство в пределах 30 см или менее с помощью GPS. Системы наведения заменяют обычное оборудование для опрыскивания или посева семян. Автономные транспортные средства в настоящее время находятся в стадии разработки и, вероятно, будут введены в эксплуатацию в самом ближайшем будущем.

Использование интеллектуальных датчиков, программного обеспечения и искусственного интеллекта изменило сельскохозяйственную отрасль.

Точное земледелие использует эти данные для:

- системы мониторинга урожайности устанавливаются;

- внесения удобрений с переменной скоростью используют карты урожайности и, оптические обследования состояния растений;

- картографирование сорняков в реальном;

- системы переменного распыления гербицидов, а также настраивания количества (и смесь) применяемого спрея.

Вывод.

Точное сельское хозяйство появилось для удовлетворения растущего мирового спроса на продовольствие с использованием технологий, которые упрощают и удешевляют сбор и применение данных, адаптацию к изменяющимся условиям окружающей среды и наиболее эффективное использование ресурсов. Хотя крупные хозяйства первыми внедрили эти технологии, небольшие фермы теперь также могут извлекать выгоду, используя инструменты, встроенные в смартфоны, соответствующие приложения и оборудование меньшего размера. Более того, эти технологии способствуют решениям, выходящим за рамки фермерских хозяйств, включая загрязнение окружающей среды, глобальное потепление и сохранение окружающей среды.

Те, кто инвестировал в точное земледелие, увидели хорошую отдачу с точки зрения урожайности сельскохозяйственных культур.

Будущие разработки в области точного земледелия, вероятно, будут включать расширение использования автономных сельскохозяйственных транспортных средств, а также улучшение беспроводной передачи и сбора данных с более умных, небольших беспилотных летательных аппаратов и беспилотных наземных транспортных средств. В дополнение к мониторингу состояния сельскохозяйственных культур и почвы, эти небольшие транспортные средства могут также контролировать состояние сельскохозяйственной техники, что позволяет улучшить обслуживание и техническое обслуживание машин. В целом, усовершенствования процессов, полученные в сфере промышленного производства, будут по-прежнему находить свое применение в сельском хозяйстве.