Мобильный комплекс для точного земледелия

Создание электронных карт полей и агрохимическое обследование

Мобильный комплекс (пробоотборник, GPS, бортовой компьютер)Почвенный пробоотборник
GPS - приемник
Бортовой компьютер
Программное обеспечение
Методика обследования
Документы и видеоматериалы

Описание комплекса

Как известно для расчета доз минеральных удобрений необходимо учитывать основные агрохимические параметры почвы, такие как кислотность, подвижные формы фосфора и калия, органическое вещество, гидролитическая кислотность, сумма поглощённых оснований, то есть ключевые химические индексы плодородия почв. Для определения значений этих параметров проводится агрохимическое обследование почв.

На сегодняшний день в России агрохимическое обследование проводится, как правило, традиционным для прошлого столетия способом, в соответствии с «Методическими указаниями по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий»(ЦИНАО, Москва, 1994 г.). Размер элементарного участка, то есть площади сельскохозяйственного угодья, который характеризуется одной объединенной пробой, в общем случае определяется количеством фосфорных удобрений, вносимых в почву. Для Северо-Западного региона она равняется 5 га, если удобрений вносится не более 60 кг/га действующего вещества ежегодно. Если доза фосфора составляет 60-90 кг/га, элементарный участок уменьшают до 4-х га, если вносится более 90 кг/га, площадь составляет 2 га. Причём размеры и местоположение элементарного участка определяются «на глаз», приблизительно, что соответственно даёт приблизительный результат. Это особенно сказывается на сравнении результатов анализа по разным годам, так как в следующий раз проба берётся не в том же самом месте, что и, например, год назад, а с погрешностью в десятки метров или более.

Сегодня подобные методы обследования сельскохозяйственных полей считаются устаревшими и не соответствуют требованиям времени.
Во многих сельскохозяйственных предприятиях мира уже используются гораздо более совершенные методы, использующие автоматику, компьютерную технику, систему глобального позиционирования (GPS) и имеющие целый ряд преимуществ, основными из которых являются:

  • Определение точного положения на местности
  • Разметка поля за считанные минуты
  • Возможность отображения длин и площадей объектов
  • Ведение пространственной базы данных
  • Автоматический отбор пробы

Современный подход является одним из основных элементов «точного земледелия» , которое сегодня стремительно развивается во всём мире и по праву считается весьма перспективным во многих отношениях.

Мы предлагаем Вам мобильный автоматизированный комплекс, который позволяет проводить создание электронных контуров (карт) полей (с сантиметровой точностью) и агрохимическое обследование почв на современном уровне с использованием последних достижений в области информационных технологий.

Комплекс состоит из следующих функциональных компонентов:

  • Движитель (автомобиль)
  • Автоматический почвенный проботборник (глубина отбора - 25 см)
  • Спутниковая система позиционирования (GPS)
  • Бортовой компьютер
  • Программное обеспечение

Рассмотрим эти компоненты более подробно.
В качестве движителя может быть выбран любой автомобиль, подходящий по критериям проходимости. Как правило это какой-нибудь внедорожник. На своих полях мы используем автомобиль «Нива», как наиболее подходящий по критериям мобильности (возможности перемещаться на расстояния большие, чем сельхозугодья одного хозяйства), грузоподъёмности, стоимости и проходимости. Причём если автомобиль будет оборудован так называемыми, шинами «низкого давления», то проходимость его увеличится.

 

Автоматический почвенный пробоотборник "HYDRO 20" (Германия)
 

Автоматический почвенный пробоотборник

Автоматический почвенный пробоотборник представляет собой агрегат, смонтированный как навесное оборудование на задней части рамы движителя, и работает от электрического двигателя, питающегося от аккумуляторной батареи автомобиля 12 V. Электрический двигатель приводит в действие гидравлическую систему, непосредственно производящую отбор проб посредством двух спаренных агрохимических буров. Пробоотборник оснащен блоком управления (устанавливается в кабину), управляющей электроникой, датчиком и регулятором рабочего давления. В комплект входят провода, запасные предохранители, бур, канистра масла.

Почвенные пробы берутся на глубину 25 см. Почва автоматически собирается в специальный контейнер на пробоотборнике и пересыпается (вручную!) в отдельную маркированную тару по окончании отбора объединённой пробы, то есть пробы с одного элементарного участка поля.

При выборе марки пробоотборника мы изучали множество вариантов и опыт наших зарубежных коллег. Так, у наших германских и украинских коллег круглогодично (!) используются около десятка таких комплексов и считаются "рабочими лошадками" агрохимического обследования. Мы остановились на этом пробоотборнике по нескольким причинам:

  • Относительно невысокая стоимость
  • Простота в работе
  • Положительные отзывы
  • Отсутствие необходимости брать пробы с большей глубины (25 см - стандартная глубина агрохимического обследования)
GPS/ГЛОНАСС - приёмник (топопривязчик)

 

Спутниковая система позиционирования (GPS) на местности уже давно используется в военной области. Относительно недавно появилась возможность использования её в мирных целях. В мире существуют две спутниковых системы позиционирования на местности. Американская Global Position Sistem (GPS) или глобальная система позиционирования, точнее - ее космический сегмент, представляющий собой созвездие из 24 спутников. Система GPS (официальное название - NAVSTAR) разработана по заказу и находится под управлением Министерства обороны США. В 1980-х годах систему открыли для гражданского использования. Система GPS работает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. С ее помощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скорость подвижных объектов. За пользование услугами системы GPS не взимается ни абонентская плата, ни плата за подключение. Все, что нужно для пользования системой GPS - это приобрести GPS-приемник.

Российская система глобального позиционирования ГЛОНАСС мало использовалась, так как по известным причинам космическая отрасль России находится в непростом положении и не способна поддерживать ГЛОННАС в работоспособном состоянии. Однако в последнее время ведется активная работа по восстановлению работоспособности системы, и уже появились на рынке приборы, работающие с этой системой. Существуют также топопривязчики, работающие с двумя сразу системами позиционирования.

GPS - Global Position System

В качестве GPS/ГЛОНАСС-приёмника для мобильного комплекса может быть выбран любой из подходящих по функциональным возможностям, качеству и цене. Это должно быть многофункциональное устройство, специально предназначенное для установки на транспортные средства, обеспечивающее субметровый уровень точности в дифференциальном режиме. В мобильном комплексе могут использоваться подходящие модели различных фирм производителей GPS/ГЛОНАСС-приемников.

Прибор может объединять в себе приемник GPS/ГЛОНАСС сигналов, приемник поправок от морских MSK и приемник поправок от спутникового дифференциального сервиса (Omnistar Rakal), при этом используется одна комбинированная антенна. Такая конфигурация значительно повышает точность и надежность определения места, а также упрощает реализацию дифференциального режима.

При использовании такого прибора в зоне действия морских PMк нет необходимости активизировать подписку Omnistar или Racal.

Встроенный двухканальный цифровой приёмник дифференциальных поправок от MSK маяков с низким уровнем внутренних шумов позволяет принимать сигналы от маяка на удалении в сотни километров.

Определение местоположения осуществляется с использованием надёжных методик дифференциальной обработки, что позволяет приступить к работам всего лишь через несколько секунд после включения комплекса.

Бортовой (полевой) компьютер

В качестве бортового компьютера для мобильного комплекса мы рекомендуем выбирать защищенные ноутбуки. Такое решение делает комплекс более функциональным, так как пользователь может использовать ноутбук как обычный компьютер и дополнительно устанавливать необходимые программные продукты

Мы на собственном опыте убедились, насколько важными являются ударопрочность и влагозащищенность компьютера. В полевых условиях трудно проводить ремонт и переустановку программного обеспечения, поэтому надежность оборудования очень важна.

На рынке представлены в основном производители марок Panasonic CF© и Getac©. Это хорошие компьютеры, но мы предлагаем Вашему вниманию отечественного производителя - Научно-Производственное Объединение "ТЕХНИКА-СЕРВИС" (TS Computers) совместно с ООО "ТС-СКН" специализируется на производстве:

Защищённый планшет

  • мобильных и стационарных вычислительных средств для тяжелых условий эксплуатации (удары, вибрации, влага, пыль, агрессивные среды, соляной туман и пр.), соответствующих военным стандартам;
  • корпоративных рабочих станций, серверов и персональных компьютеров повышенной надежности для офисных и полупромышленных условий эксплуатации;
  • заказных вычислительных систем со специальными требованиями.

Качество – краеугольный камень всей деятельности нашего предприятия. Система менеджмента качества на нашем предприятии соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2008 (ИСО 9001:2008), сертификат соответствия № РОСС RU.ИС51.К00057, применительно к выпуску ЭВМ, мониторов, клавиатур, ремонту и техническому обслуживанию ЭВМ, оптовой торговле ЭВМ и комплектующими к ЭВМ.

В целях обеспечения максимально высокого качества отгружаемых заказчикам готовых изделий и компонентов на предприятии проводятся следующие работы:

  • при проектировании систем тщательно специфицируются необходимые компоненты на основе требований полной взаимной аппаратной совместимости и полной программной совместимости с операционными ситемами (Windows, Linux, МСВС 3.0 QNX и др. - по требованию заказчика);
  • в соответствии со спецификацией выбирается производитель, обеспечивающий минимальный процент рекламаций;
  • поступающие компоненты проходят входной контроль с помощью специальных средств;
  • только после удачного прохождения этапа входного контроля компоненты поступают на основной склад компонентов, откуда они могут быть отправлены в производственный отдел на сборку готовых изделий или отгружены заказчику;
  • в производственном отделе за качество каждого готового изделия отвечает ответственный исполнитель;
  • в отделе технического контроля (ОТК) все 100% готовых изделий проходят расширенный выходной контроль;
  • для отдельных классов изделий проводятся испытания на устойчивость к воздействию внешних факторов (повышенная температура, удары, вибрации, пыль, влага, агрессивные среды, электромагнитные помехи и пр.) в соответствии с российскими военными ГОСТ РВ и гражданскими ГОСТ Р; испытания обычно проводятся на испытательной базе Министерства Обороны Российской Федерации.

Возможна установка защищенных полевых компьютеров любых других производителей.

Программное обеспечение

Путь комплекса при отборе проб внутри поля на экране бортового компьютера

Для бортового компьютера было выбрано программное обеспечение (ПО) FieldRover II ®. (ориентировочная стоимость 830 евро) Рассматриваемое ПО в связке с GPS является ядром всего комплекса и во многом определяет набор всех тех преимуществ перед традиционными методами обследования полей, которые появляются при использовании мобильного автоматизированного комплекса.

В частности, программное обеспечение бортового компьютера позволяет сразу на поле создавать электронный контур обследуемого участка, определение точек отбора проб и навигацию по этим точкам. Также предусмотрено подключение внешних датчиков для непрерывного (сплошного) обследования экспериментальных участков.

Основные стандартные функции Field Rover II:

  • Создание электронных карт обследуемых полей, оперируя типами объектов «линия», «точка» и «полигон».
  • Возможность ведения базы данных с привязкой атрибутов к идентификаторам топографических объектов.
  • Поддержка функции увеличения/уменьшения карты
  • Работа в метрической системе измерения.
  • Работа с GPS-приемниками через COM-порт, поддерживающими стандарт NMEA0183.
  • Отображение текущих географических координат.
  • Возможность навигации в заданную точку.
  • Возможность отображения длины, расстояний, площади геообъектов.
  • Работа с несколькими слоями отображения информации.
  • Поддержка импорта/экспорта данных в формате ESRI® Shapefile. и MIF MID
  • Работа с растровыми слоями JPG, Img, GeoTIFF .
  • Наложение сетки на полигон. Сетка может иметь произвольный размер и ориентацию. Каждой ячейке присваивается уникальный идентификатор.
  • Ячейка сетки может быть квадратной, либо прямоугольной. Размер может быть задан как по площади, так и по длине стороны ячейки.
  • Сетку, в режиме редактирования, можно вращать, перемещать. При выходе из режима редактирования, сетка преобразуется в слой точек и слой полигонов.
  • Отображение текстовых атрибутов полигонов, линий, точек.
  • Возможность задания неограниченного количества атрибутов для геообъектов.
  • Возможность для создания и отображение легенды для геообъектов на основании атрибутов этих объектов.
Методика обследования

Программное обеспечение и оборудование, установленное на мобильном комплексе, позволяют создавать привязанные к координатам пространственные объекты, которые являются элементами геоинформационной базы данных для обследуемого поля. Рассмотрим порядок создания геоинформационных объектов на обследуемом поле.

В автоматическом режиме создаём электронную карту поля (контура), привязанную к координатам с точностью GPS - приемника. Для этого в режиме «полигон» объезжаем поле и сохраняем в памяти бортового компьютера полученный контур. Автоматически рассчитывается площадь контура, что позволяет уточнить реальную площадь обследуемого поля. Также, при необходимости, мы можем нанести на карту особенности поля. Например, это могут быть опоры электропередач, деревья, неиспользуемые участки.

Затем накладываем на полученный контур сетку, ячейкой которой является элементарный участок поля. Размер элементарного участка и его геометрическая форма (квадрат или прямоугольник) задаются оператором путём ввода конкретных значений сторон участка - в метрах или площади участка – в гектарах.Сетка накладывается произвольно и программа позволяет перемещать и вращать её относительно контура поля, для того чтобы визуально определить оптимальное размещение границ элементарных участков. После этого сетка записывается в память компьютера, причём края сетки выходящие за границу контура обрезаются. Элементарным участкам (ячейкам сетки) автоматически присваиваются порядковые номера. При взятии проб с каждого элементарного участка образцу присваивается порядковый номер участка

При отборе проб оператор, двигаясь внутри элементарного участка, делает 10-15 уколов автоматическим пробоотборником, останавливаясь при каждом уколе. На панели бортового компьютера записывается пройденный путь и сохраняется в памяти компьютера.

Программное обеспечение позволяет также осуществлять навигацию к отмеченной в бортовом компьютере оператором точке на поле. При этом на дисплее будет указываться направление и расстояние до точки. Это удобно при движении к месту последней взятой пробы для продолжения работ или к проблемному участку, где необходимо провести дополнительные исследования.

Отобранные и маркированные образцы (пробы) передаются в аккредитованную агрохимическую лабораторию для анализа. После выполнения анализов из лаборатории получаем ведомость, где указаны агрохимические показатели соответствующие номерам проб.

Результаты анализа вводятся в компьютер, в специальную программу (геоинформационную систему - ГИС) и обрабатываются. Такми программами могут быть MapInfo ©, SSToolBox ©, ArcGIS © и другие.

Итак, методика обследования состоит из следующих этапов:

  • Создание контура поля с точностью GPS-приемника.
  • Разметка поля (контура) на элементарные участки заданной площади или размера.
  • Отбор и маркировка проб.
  • Агрохимический анализ в аккредитованной лаборатории.
  • Визуализация и анализ результатов в ГИС.

Более подробно об агрохимическом обследовании полей Вы можете узнать на страничке "агрохимическое обследование в точном земледелии".

Документы и видеоматериалы

Побробнее о мобильном комплексе и методике агрохимического обследования можно узнать из этих документов и видеоматериалов:

Работа мобильного комплекса в Германии
(видео предоставлено фирмой Agricon)

См. также:

Агрохимическое обследование в точном земледелии

Создание электронной карты (контура) поля