Спросить
Войти
УДК 631.58
П.Г. Иванченко, И.И. Султанов
СИСТЕМА КАРТИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ ВНЕДРЕНИИ ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
КОСТАНАЙСКИЙ ФИЛИАЛ ТОВАРИЩЕСТВА С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР АГРОИНЖЕНЕРИИ», КОСТАНАЙ,
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
P.G. Ivanchenko, I.I. Sultanov YIELD MAPPING SYSTEM AND ITS ELEMENTS WHEN IMPLEMENTING PRECISION
AGRICULTURE TECHNOLOGY KOSTANAI BRANCH LIMITED LIABILITY PARTNERSHIP «SCIENTIFIC PRODUCTION CENTER OF AGRICULTURAL ENGINEEREING», KOSTANAI, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Антон Николаевич Куваев
Anton Nicolaevich Kuvayev
магистр сельскохозяйственных наук
Аннотация. Урожайность сельскохозяйственных культур на одном поле - величина неоднородная и зависит от многих факторов: наличия в почве влаги, питательных элементов, толщины гумусногогоризонта, высоты расположения участка, освещенности и многих других факторов. При картировании урожайности поле рассматривается как совокупность элементарных участков. Определение урожайности производится на каждом элементарном участке поля с записью координат этих участков. В настоящее время существуют различные системы картирования урожайности: универсальные и выпускаемые производителями комбайнов «CLAAS», «JohnDeere» или «MasseyFerguson». Картирование урожайности зерноуборочными комбайнами является перспективным методом для определения проблемных участков поля с низкой урожайностью. Система картирования урожайности - аппаратно-программный комплекс, устанавливающийся на уборочную технику, позволяющий определять и фиксировать количество собранной сельскохозяйственной продукции за короткие промежутки времени. В результате использования данных систем создаются картограммы урожайности, позволяющие выявить неоднородность уровня урожайности в пределах одного поля. Карты урожайности могут являться основой при планировании агрохимического обследования почв и создания аппликационных картограмм внесения удобрений. В основном системы картирования урожайности разработаны для установки на зерноуборочные комбайны. Рассмотрены зерноуборочные комбайны и элементы системы картирования урожайности. Цель исследо-вания:проанализировать системы картирования урожайности, совместимые с наиболее распространенными в Казахстане зерноуборочными комбайнами. Объекты исследования - системы картирования урожайности, а также российские и казахстанские зерноуборочныекомбайны. Метод исследования - анализ. По результатам исследования определили основные элементы систем картирования урожайности, описали принцип работы каждого из них. Проанализировали системы картирования урожайности, совместимые с наиболее распространенными зерноуборочны-микомбайнами в Казахстане. Выяснили, что наиболее распространенными являются универсальные системы. По результатам проведенного исследования установлено, что с наиболее распространенными в Казахстане зерноуборочными комбайнамисовме-стимытакиеуниверсальные системы картирования урожайности,
Иван Владимирович Токарев
Ivan Vladimirovich Tokarev магистр сельскохозяйственных наук usilok5kvt @mail.ru
как Ravenlndustries, AgLeaderTechnology и Trimble.
Abstract. The yield of agricultural crops in one field is not a congenerical size and depends on many factors: the presence of moisture in the soil, nutrients, the thickness of the humus horizon, the height of the site, illumination and many other factors. Mapping productivity the field is considered as a collection of elementary sections. The yield is determined for each elementary section of the field and the coordinates of these sections are recorded. Currently, there are various crop mapping systems, they are universal and manufactured by manufacturers of combines "CLAAS", "John Deere"or" Massey Ferguson". Mapping yields with combine harvesters is a promising method for identifying problem areas of a field with low yields. The yield mapping system is a hardware and software system installed on harvesting equipment that allows you to determine and record the amount of agricultural products collected in short periods of time. As a result of using these systems, yield cartograms are created that allow you to identify the heterogeneity of the yield level within a single field. Yield maps can be used as a basis for planning agrochemical soil surveys and creating application cartograms for fertilizer application. Basically, yield mapping systems are designed for installation on combine harvesters. Combine harvesters and elements of the yield mapping system are considered. Research purpose is to analyze yield mapping systems compatible with the most common combine harvesters in Kazakhstan. The objects of study are yield mapping systems, as well as Russian and Kazakhstan&s combine harvesters. Research method is the analysis. According to the results of study we identified the main elements of yield mapping systems, described the principle of operation of each of them. Analyzed yield mapping systems compatible with the most common combine harvesters in Kazakhstan, it was found that the most common are universal yield mapping systems. According to the results of the analysis, it was found that a universal yield mapping system, such as Raven Industries, Ag Leader Technology и Trimble compatible with the most common combine harvesters in Kazakhstan.
Введение. Урожайность сельскохозяйственных культур на различных участках в пределах поля не бывает одинаковой. Однако в условиях хозяйств в настоящее время урожайность на конкретном поле оценивают средним значением, по которому делают вывод об обеспеченности почвы элементами питания. При этом часто вывод об обеспеченности почвы элементами питания в среднем по всему полю не всегда соответствует фактическим данным обеспеченности элементами питания на конкретных участках.
При внедрении технологии точного земледелия учет урожая происходит с каждого участка поля. Для этого создается специальная система картирования урожайности, которая позволяет определить урожайность на отдельных участках поля в режиме непосредственной работы комбайна. Картирование урожайности позволяет своевременно выявить проблемные участки на поле, чтобы оперативно решить эти проблемы.
Как показывает опыт развитых стран, цифровые технологии кардинально меняют отрасль сельского хозяйства. Современные геоинформационные системы способствуют получению высоких урожаев с рациональным использованием ресурсов. Однако в сельском хозяйстве Республики Казахстан доля сельхозпроизводителей, применяющих цифровые технологии, незначительна [1].
В настоящее время картирование урожайности является наиболее распространенным компонентом технологии точного земледелия среди фермеров США. Более чем у 70% фермеров США на комбайнах установлена система картирования урожайности [2]. По данным ведущих производителей сельскохозяйственной техники, около 30% зерноуборочных комбайнов фирм «JohnDeere» и «Massey-Ferguson» комплектуются данными системами. Также системы картирования урожайности популярны в Голландии, Германии и Дании.
Согласно постановлению правительства Республики Казахстан об утверждении Государственной программы «Цифровой Казахстан»,циф-ровизация сельского хозяйства является основным направлением развития данной отрасли [1]. Это позволит выйти сельскому хозяйству на новый уровень, повысит производительность труда, повысит эффективность использования земель. Вышеизложенное свидетельствует о том, что тема работы актуальна для сельскохозяйственной отрасли республики Казахстан.
Цель исследования - проанализировать системы картирования урожайности, совместимые с наиболее распространенными в Казахстане зерноуборочными комбайнами.
Методика. Основу структуры комбайнового парка в зерносеющих регионах Казахстана занимают комбайны «Essil», «Vector», «Acros», «Torum», «Енисей», «Нива». Это порядка 86% от общего количества зерноуборочных комбайнов, применяемых в Казахстане. Эти комбайны не имеют собственных систем картирования урожайности. Однако с указанными комбайнами совместимы универсальные системы картирования урожайности.
Объектами исследования стали системы картирования урожайности, российские и казахстанские зерноуборочные комбайны. В ходе исследования были проанализированы основные элементы, входящие в представленные системы. Кроме этого были выделены системы, совместимые с наиболее распространенными зерноуборочными комбайнами Казахстана.
Результаты. Картирование урожайности -это технология точного земледелия, призванная определить неоднородность главного из показателей - урожайности. С помощью специальных датчиков, установленных на комбайнах, а также бортовых компьютеров и приемников GPS в процессе уборки урожая можно получить пространственно ориентированные карты урожайности и влажности зерна. Составление подобных карт является неотъемлемой частью технологии точного земледелия и позволяет осуществлять прогноз урожайности. Измерение количества намолоченного зерна, содержания сухого вещества, убранной площади поля с учетом координат является обязательным условием при создании карт урожайности для работы в системе точного земледелия [3].
В настоящее время основными элементами систем картирования урожайности являются: датчик потока зерна, датчик влажности зерна, датчик скорости движения комбайна, датчик положения жатки, DGPS-система, бортовой компьютер и дисплей [4, 5].
При определении урожайности применяют датчики потока зерна, функционирующие на основе различных физических методов: метода ударной нагрузки; метода измерения веса зерна во время транспортирования последнего в поточной линии комбайна; метода измерения количества прохождения зерна за единицу времени, фотометрического метода, метода измерения объема зерна.
Датчик влажности зерна состоит из двух и
более металлических пластин, разделенных между собой зерном. Датчик измеряет диэлектрические свойства зерна. Чем выше диэлектрическая проницаемость зерна, тем выше его влажность.
Датчики рабочей ширины захвата жатки устанавливаются на делителях жатки и определяют фактическое расстояние от делителей до растений.
Датчик скорости движения комбайна. Одним из параметров, который должен быть известен при определении урожайности, является скорость движения комбайна. Измерение скорости движения производят с помощью следующих видов датчиков: магнитный датчик частоты вращения вала; радары и ультразвуковые датчики; датчики DGPS-системы.
Датчик потерь зерна необходим для точного измерения определения урожайности. Для этого под решетом очистки устанавливают ударную пластину. Зерно, ударяя пластину, вызывает электрический импульс, который преобразуется в цифровой сигнал и затем интерпретируется в численное значение потерь зерна.
Датчик удельного веса зерна. Для измерения удельного веса зерна используется система, состоящая из измерительного ящика с известным объемом, тензометрических датчиков, измеряющих отклонения измерительного ящика под весом зерна и груза, который компенсирует вибрации и наклоны комбайна.
Датчик положения жатки (транспортное/рабочее). В транспортном положении жатки датчик посылает сигнал компьютеру, который приостанавливает расчеты убираемой площади и урожайности, в рабочем положении жатки расчеты возобновляются.
DGPS-система. Дифференциальная система глобального позиционирования. Данная система предназначена для мгновенного позиционирования комбайна на поле и представляет информацию в формате, поддерживаемом компьютером. DGPS-система состоит из двух компонентов: GPS-приемника, который получает сигналы от спутников для позиционирования техники, и дифференциального приемника корректированных сигналов, который получает корректированные сигналы от базовой станции.
Консоль/компьютер/монитор. Данная система работает следующим образом. Сигналы из всех датчиков посылаются на пульт управления, который связан с компьютером. Компьютер по полученным данным рассчитывает мгновенную урожайность и влажность зерна и записывает результаты вместе
с информацией о геопозиционировании.
Система картирования урожайности внедрена в ТОО «Трояна» Костанайской области. Элементы системы картирования урожайности, установленные на зерноуборочном комбайне «Acros-550» (рисунок 1).
Рисунок 1 - Элементы системы картирования урожайности, установленные на зерноуборочном комбайне «Acros-550», датчик потока зерна (a) и датчик влажности зерна (b)
Ключевым элементом картирования урожайности является цифровая карта урожайности, к которой в реальном времени привязываются показания датчиков определения урожайности приемником сигналов GPS со спутниковой группировки. Карта урожайности включает данные со всех комбайнов, оснащенных бортовым компонентом системы. Она представляет собой разноцветную карту,
на которой каждый цвет соответствует определенному диапазону урожайности (рисунок 2).
Рисунок 2 - Цифровая карта урожайности, полученная на одном из полей ТОО «Трояна» Костанайской области
Из цифровой карты урожайности видно, какие из участков на поле являются наименее урожайными. При анализе данных участков выявляется возможность установления причины ухудшения урожайности на данных участках и их устранения в перспективе.Цифровая карта урожайности вместе с картой агрохимического обследования используется для создания технологической карты дифференцированного внесения семян, удобрений и средств защиты растений.
На Казахстанском рынке представлены системы картирования урожайности различных фирм, таких как: «Trimble», «AFS» («CаseIH»), «Ag Leader», «GreenStar» («John Deere»), «GrainTrak» («Mi-cro-Trak»), а также «Caterpillar», «FieldStar» (ассоциация «AGCO») и «Agromap» («Claas»).
Исходя из структуры комбайнового парка, состоящей в основном из производителей, не имеющих собственных разработок системы картирования урожайности, в Казахстане наиболее востребованы универсальные системы.Однако не все системы картирования урожайности представленных фирм являются универсальными и подходят для использования в зерноуборочных комбайнах ближнего зарубежья. Рассмотрим универсальные системы картирования урожайности, представленные фирмами: Raven Industries, Ag Leader Technology и Trimble.
Фирма «Raven Industries» комплектует свою систему следующим набором: бортовой компьютер «Envizio Pro» (или «Cruizer II»), GPS-антенна, DGPS-приемник, а также систему датчиков Smar-tyield. СистемаSmartyield комплектуется узлом управления, оптическим датчиком урожайности, датчиком влажности, а также подключается к заводской системе контроля положения и режима работы жатки [6]. Помимо этого, бортовой компьютер имеет встроенный курсоуказатель, который позволяет работать с точностью от 2,5 до 20,0 сантиметров в зависимости от имеющейся GPS-системы, атакже может оборудоваться механическим подруливающим устройством RavenSmartSteer и гидравлическим автопилотом RavenSmarTrax.
Комплект системы от фирмы «Ag Leader Technology» включает: бортовой компьютер (дисплей «Ag Leader Integra» или «Versa»), GPS-антенну, датчик потока зерна, датчик влажности [7]. Система позволяет подключаться к уже имеющимся на комбайне датчикам благодаря универсальному кабелю и протоколу ISO-BUS.
Широкое распространение в Казахстане получила универсальная система картирования урожайности от фирмы «Trimble» (США). Система данной фирмы может устанавливаться на комбайны «Case», «New Holland», «John Deere», «Claas», «Gleaner», «Massey Ferguson», «Challenger», а также на комбайны «Ростсельмаш». Данная фирма выпускает два комплекта системы картирования урожайности: в полный комплект входят дисплей «FmX» (или «CFX-750»), датчик потока зерна, «СА№-модуль с T2, датчик поднятия жатки, кабель подключения к «СА№-шине, датчик влажности от «Trimble»; в частичный комплект входят дисплей «FmX» (или «CFX-750»), датчик потока зерна, кабель подключения к «СА№-шине, датчик влажности (отличный от «Trimble») [8].
Основными направлениями развития систем картирования урожайности являются: повышение точности позиционирования комбайна на поле, повышение точности определения урожайности и влажности зерна на основе совершенствования датчиков и методов определения объема, массы и влажности зерна. В целом погрешность картирования зависит от применяемого оборудования, качества его обслуживания и калибровки и не превышает 5% [9, 10].
Рассмотренные системы обеспечивают возможность установки на российские и казахстанские зерноуборочные комбайны.
Выводы. По результатам исследований установлено, что урожайность на одном поле в ТОО «Трояна» Костанайской области колеблется в пределах от 1,3 до 2,5 т/га, поцифровой картена поле определяются менее урожайныеучастки,при анализе данных участков выявляется возможность установления причины снижения урожайности и устранения данной проблемы в перспективе.По результатам проведенного исследования сделан вывод, что с наиболее распространенными в Казахстане зерноуборочными комбайнами совместимы такие универсальные системы картирования урожайности, как RavenIndustries, AgLeaderTechnology и Trimble.
Список литературы
List of reference
