26256

Управление продукционным процессом сельскохозяйственных культур и агроценозами

Лекция

Лесное и сельское хозяйство

В процессе генерации технологических решений с помощью специально разработанного интерфейса СППР автоматически формируется задание на выполнение конкретной операции в режиме точного земледелия которое затем загружается в бортовой компьютер сельскохозяйственной техники. В зависимости от режима реализации операции различают два типа задания: Карта операции режим функционирования offline Карта агротребований на выполнение операции режим online Карта операции электронная карта поля где для каждого однородного участка поля указана...

Русский

2013-08-18

54 KB

4 чел.

Учебный модуль 3

Управление продукционным процессом  сельскохозяйственных культур и агроценозами

Модульная единица 3.1.

Лекция «Использование дистанционных методов и геоинформационных систем для управления продукционными процессами сельскохозяйственных культур»

Цели и задачи. Сформировать представление о возможностях использования навигационных и геоинформационных систем для управления продукционными процессами.

Аннотация. Рассматриваются принципы использования GPS и ГИС для выполнения агротехнологических операций и методы их реализации в режимах “on line” и “off line”.

Ключевые слова: глобальное позиционирование, бортовой компьютер, чип-карта, электронная карта поля, датчик, базы знаний, сигнал, ГЛОНАСС, NAVSTAR, Mapinfo.

Задание.

На основе предложенных исходных данных сформировать электронную карту поля для проведения заданных технологических операций в режиме  “off line”.

Внедрение современных методов управления продукционным процессом в сельскохозяйственную практику требует оснащения пользователей специальным оборудованием и аппаратно-программным обеспечением. Эффективность агротехнологий во многом зависит от того, как быстро и точно будут измерены те или иные параметры, характеризующие состояние агроценоза. Частота измерений (пространственная и временная) зависит от изменчивости измеряемого показателя. В связи с этим возникает большая необходимость в разработке специальных технических средств для автоматизированного сбора и анализа информации с привязкой измерений к глобальной системе позиционирования (ГСП). Именно с появлением ГСП открылась принципиальная возможность для перехода от традиционных технологий к точным, при которой можно влиять на агроэкосистему с учётом локальной изменчивости почвенного покрова поля.

ГСП используется для определения координат мобильной сельскохозяйственной техники в поле. В настоящее время на территории России функционируют две системы глобального позиционирования: американская NAVSTAR и российская ГЛОНАСС. Они позволяют неограниченному числу объектов, имеющих приёмную аппаратуру, в режиме реально времени и с высокой точностью определять своё местоположение, скорость движения и ряд других параметров в любой точке планеты. Наибольшее распространение в ТЗ получила приемная аппаратура американской системы, в связи с хорошо налаженным производством и полностью развернутой группировкой космических аппаратов. Наша система пока не имеет достаточного количества спутников на орбите, и поэтому не может обеспечить хорошей точности. Однако сейчас идет поэтапная модернизация системы ГЛОНАСС.

Задача определения координат мобильной сельскохозяйственной техники является одной из главных по двум причинам. Во-первых, таким образом решается задача дифференциации управления в пределах поля, и участки неоднородности могут быть четко идентифицированы. Вторая причина заключается в том, что размеры управляющих воздействий, например, внесения удобрений, высева семян, обработки средствами защиты растений, должны варьироваться с учётом выявленной неоднородности по заданной технологической карте в режиме «on-line».

Навигационная система, устанавливаемая на сельскохозяйственной технике, включает в себя приёмник, т.н. GPS-приёмник, и бортовой компьютер с программным обеспечением. Этот комплекс позволяет вести запись текущих координат для этого агрегата, высоты и других параметров с любыми заданными интервалами времени. Запись навигационных данных производится в широко известных форматах ESRI Shapefile и Mapinfo, что позволяет их легко импортировать в любую ГИС для дальнейшей обработки и производства необходимых агротехнических расчётов.

Для обработки информации, получаемой с помощью информационно-измерительных систем, используются стационарный и бортовой компьютеры. Стационарный компьютер с программным обеспечением в общем случае должен выполнять следующие основные функции:

ведение атрибутивной и пространственной базы данных с использованием геоинформационных систем (ГИС);

ведение базы декларативных и процедурных знаний;

- обработку знаний и данных и формирование программы реализации
информационной технологии точного земледелия.

Бортовой компьютер с программным обеспечением должен выполнять следующие основные функции:

фиксацию координат агрегатов (мобильных комплексов) в любой момент времени путём приёма сигналов от ГСП и других датчиков в процессе движения и осуществление по необходимости навигации в заданную точку;

автоматическое создание электронных карт обследованных полей В разбивкой их на элементарные участки заданных размеров;

обеспечение накопления и первичной обработки данных полевых измерений с использованием ГИС - технологий и экспорт этой первичной информации в стационарный компьютер;

формирование управляющих сигналов для дифференцированного исполнения тех или иных агротехнических операций и обеспечение соответствующего их контроля на основе выработанной стационарным компьютером программы реализации технологии.

Для осуществления перехода от технологий, базирующихся на усредненных показателях параметров плодородия поля и состояния посевов, к избирательному воздействию на систему «почва - растения» необходимо, чтобы рабочие органы обрабатывающих орудий и сельскохозяйственных машин управлялись бортовыми компьютерами. Автоматизированная система управления рабочими органами должна быть хорошо отлаженной, чтобы существовала чуткая реакция агрегата на изменение таких показателей, как норма высева, доза внесения удобрений и химических мелиорантов, расход средств химической защиты растений. От точности и надёжности техники такого рода зависит успех реализации точного земледелия.

В этой области в мире также существуют определённые достижения. Многие страны приступили к выпуску специальной сельскохозяйственной техники для точного земледелия, причём она имеет различную специфику и способна производить работы на всех этапах возделывания сельскохозяйственной культуры - от предпосевной обработки почвы до уборки урожая. Параллельно ведутся интенсивные исследования по совершенствованию имеющейся техники и разработке новых машин и оборудования, отвечающим современным тенденциям развития новой информационной технологии.

Ядром реализации информационной технологии ТЗ является система поддержки принятия решений (СППР). С помощью этой системы производитель может синтезировать агротехнологию для возделывания данного сорта на конкретном поле с учетом особенностей своего хозяйства и своего опыта.

В процессе генерации технологических решений с помощью специально разработанного интерфейса СППР автоматически формируется задание на выполнение конкретной операции в режиме точного земледелия, которое затем загружается в бортовой компьютер сельскохозяйственной техники. В зависимости от режима реализации операции различают два типа задания:

- Карта операции (режим функционирования "off-line")

- Карта агротребований на выполнение операции (режим "on-line")

Карта операции - электронная карта поля, где для каждого однородного участка поля указана норма технологического воздействия.

Реализация заданной технологической операции в рассматриваемом режиме обязательно предполагает предварительную компоновку информации в виде электронной карты операции.

Формирование карты операции может, например, осуществляться следующим образом. С помощью мобильного комплекса, оснащенного бортовым компьютером с навигационным и геоинформационным, а также соответствующим программным обеспечением создается электронный образ сельскохозяйственного объекта, на котором планируется выполнение заданной технологической операции. Располагая электронным образом объекта (поля, агроландшафта) с четкими границами в пространстве, представляется уже возможным осуществить тем или иным способом сбор необходимой атрибутивной информации (проводятся необходимые агрохимические, агрофизические, фитосанитарные и другие обследования) с жесткой привязкой регистрируемых данных к фиксированным участкам их получения внутри поля. На следующем шаге полученная информация обрабатывается на стационарном компьютере СППР. Для заданной технологической операции производится по определенным алгоритмам (моделям) расчет уровня технологического воздействия для каждого имеющегося в базе данных однородного участка поля, т.е. создается массив информации, где каждому однородному участку внутри поля с фиксированным геометрическим образом устанавливаются в соответствие те или иные уровни технологического воздействия (дозы удобрений и других химических и биологических средств, нормы высева семян и т.п.), которые должны быть осуществлены при реализации заданной операции в поле. Сформулированный таким образом массив информации и является электронной картой поля по заданной технологической операции, которая записывается на мобильный технический носитель, например на чип-карту.

На этапе реализации технологической операции чип-карта вводится в бортовой компьютер, смонтированный на движителе (тракторе). Движитель оснащен навигационным оборудованием и соответствующим агрегатом, который способен автоматически менять по команде уровень технологического воздействия на заданном участке поля в ходе движения. С помощью специализированного программного обеспечения бортовой компьютер постоянно производит оперативное определение места нахождения агрегата, а по информации, записанной на чип-карте, определяет уровень технологического воздействия на этом участке поля с последующей выработкой управляющей команды и обеспечивает синхронный контроль ее выполнения.

Режим "off-line" применяется обычно для технологических операций, которые планируются заранее (нормы высева семян, дозы удобрений и извести). Однако этот режим может быть использован и в оперативных мероприятиях по уходу за посевами. Например, с помощью мобильного радиоуправляемого самолета, смонтированных на нем GPS-приемника и видеокамеры можно получить информацию о распределении сорняков в пределах заданного поля. Подобная информация уже позволит оперативно построить электронную карту распределения сорняков по полю, определить дифференцированные дозы тех или иных гербицидов для их подавления, а затем реализовать их внесение в режиме "offline".

Вместе с тем, для реализации оперативных решений в точном земледелии, уже нашел практическое применение специальный режим - "on-line". Для его реализации в бортовой компьютер вводится карта агротребований для заданной операции.

Карта агротребований для заданной операции - это таблица, которая устанавливает взаимосвязь между сигналом, полученным от датчика, установленного на технике, например, на комбайне или тракторе, и нормой технологического воздействия на поле.

Реализация операции в рассматриваемом режиме обязательно предполагает наличие датчика (датчиков) определения состояния среды обитания посева и принципиальной  возможности по измеренному сигналу принять решение.

Формирование карты агротребований может осуществляться двумя способами. В первом случае СППР по заданной технологической операции и планируемых к применению датчиков выбирает из базы знаний необходимые сведения для составления специальной таблицы, где каждому из всех возможных диапазонов измеренного на поле сигнала ставится в соответствие тот или иной, но конкретно определенный уровень  технологического воздействия. Сформированная таким образом информация на стационарном компьютере записывается на технический носитель и является картой агротребований по заданной технологической операции с заранее определенным набором датчиков, который должен быть смонтирован на движителе.

На практике в настоящее время используется и второй способ, предполагающий непосредственный ввод в бортовой компьютер информации, которую должна содержать карта агротребований. Это связано прежде всего с тем, что еще не нашли широкого применения СППР нового типа. Режим непосредственного ввода управленческой информации в бортовой компьютер удобен также при корректировке норм воздействия в полевых условиях.

На этапе выполнения технологической операции в режиме "on-line" с помощью специального программного обеспечения бортовым компьютером синхронно осуществляется оперативное управление датчиками по определению состояния среды обитания, выработка на основе карты агротребований и полученных в ходе движения измерительных сигналов управленческого решения и контроль за его реализацией.

Важно отметить, что для реализации технологических операций в режиме "on-line" принципиально не требуется навигационного оборудования. Наличие же GPS-приемников совершенно необходимо для рассмотренного выше режима "off-line". Вместе с тем наличие навигационного оборудования в режиме "on-line" позволяет формировать электронные карты, характеризующие уровни осуществленного технологического воздействия на тех или иных участках внутри поля. Подобная информация может оказаться полезной при анализе результатов и выработке новых решений по заданному полю.

В настоящее время на всех этапах реализации системы земледелия решения о выполнении различных технологических операций принимаются в условиях отсутствия более или менее достаточной информации о параметрах среды обитания растений, характеристиках состояния посевов в процессе роста и развития растений, данных о предыдущих антропогенных вмешательствах в эту среду, в том числе, загрязнении агрохимикатами, что крайне важно для принятия правильного технологического решения. Существующие технологии и технические средства формирования информационной базы, обеспечивающие выбор и адаптацию к конкретным условиям, не позволяют выйти на получение урожаев, принципиально возможных в реальных полевых условиях.

Успех в решении этой задачи может быть достигнут путём создания физико-технического и программно-аппаратного базиса в системе точного земледелия. Этот базис в виде мобильных систем обеспечивает компьютерное автоматизированное неразрушающее определение комплекса параметров сред обитания и экспресс-определение состояния растений в процессе роста и развития. Получаемая таким образом информация позволяет создать уникальную информационную базу для последующего статистического анализа по каждому полю и его отдельным однородным участкам. При этом различные выводы и соответствующие количественные зависимости, которые, возможно, будут получены на основе статистической обработки данных по каждому контуру, будут в основном использованы для обоснования тех или иных агротехнических операций на этой площади. Такой подход, несомненно, повысит уровень обоснованности технологических решений, так как статистические зависимости, используемые для расчётов, к примеру, норм минеральных удобрений, будут максимально объективно отражать процессы, происходящие именно на этом конкретном участке, и технологический приём в умелых руках землепользователя будет также максимально корректно применён.

Таким образом, представляется возможным и целесообразным организовать автоматический сбор и обработку различных данных для повышения уровня обоснованности выработки и реализации агротехнологических решений в системе точного земледелия. Автоматизированный режим комплексной статистической обработки данных, получаемых с помощью современных мобильных систем, позволяет выявить наиболее устойчивые количественные связи между различными показателями, характеризующими рост и развитие растений, конечным урожаем и агрометеорологическими условиями на конкретном поле. Выявленные количественные зависимости, в свою очередь, будут адресно использованы для обоснования выбора агроприёмов (подкормок, поливов и т.п.) в тех или иных агрометеорологических условиях при тех или иных показателях состояния посевов, а также для поэтапного уточнения прогноза урожайности в складывающейся обстановке на сельскохозяйственном поле.

Контрольные вопросы

1. Каковы функционирующие системы глобального позиционирования и значение их использования в земледелии?

2. Что представляет собой навигационная система, устанавливаемая на сельскохозяйственной технике?

3. Каковы функции бортового компьютера с программным обеспечением?

4. Для каких технологических операций используются режимы “on line” и “off line”.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58657. ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННОМУ УРОКУ РУССКОГО ЯЗЫКА 44.5 KB
  В практике обучения учитель планирует три разные задачи намечает три параллельные линии. Если подойти с учетом современного толкования понятий развитие и воспитание в процессе обучения то станет ясно: в уроке должны быть выдержаны не три линии а одна обеспечивающая...
58658. Правило переноса слов 59 KB
  Форма организации деятельности: самостоятельная работа фронтальная работа взаимопроверка работа в парах. Приемы: работа с учебником; составление схем; взаимоконтроль; групповая работа. Самостоятельная работа с самопроверкой по эталону.
58659. Имена собственные 44 KB
  На экране видеофрагмент мультфильма Трое из Простоквашино затем появляется тема урока. На экране появляется рубрика Словарный диктант и галчонок Хватайка. Проверьте записанное в тетради с ответами на экране.
58660. Сочинение по картине К.Ф. Юона «Волшебница зима» 43 KB
  Задачи урока: познакомить с творчеством К.Ф.Юона; учить читать картину, осмысливать ее содержание; привлечь внимание детей к красоте зимней природы; формировать умение строить текст...
58661. Изменение глаголов по временам 45 KB
  Ребята откройте свои тетради и запишите число и классная работа. Учитель: Я буду загадывать загадки а отгадку вы будете записывать в тетрадь. Учитель: Что это по одному ученику выходят к доске Запишите слово ставя ударение и подчеркивая орфограммы .
58662. Морфологический разбор имени прилагательного 41.5 KB
  Напомню что наша тема называется морфологический разбор имени прилагательного. Во-вторых постоянные признаки разряд прилагательного: качественное относительное или притяжательное непостоянные признаки число род падеж.