СПОСОБ И УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
METHOD AND DEVICE OF AUTOMATIC CONTROL OF PROCESSES OF CROP GROWING

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к реализации управляемых технологий земледелия, и может быть использовано в отрасли полевого растениеводства.
Известен способ регулирования технологии производства агропродукции, включающий определение морфологических признаков сельскохозяйственных культур одновременно в нескольких зонах производства, их индивидуальное и непрерывное регулирование в каждой зоне производства при обнаружении отклонений морфологических параметров от требуемых, включение их в соответствующий агротехнологический процесс возделывания агрокультуры и изменение операций по уходу за сельскохозяйственными культурами [патент РФ №2423042 RU, БИ №19, 10.07.2011 г. Электронно-оптический способ регулирования технологий производства агропродукции, Авторы: A.M.Башилов, С.А.Башилов, В.А.Королев, Пожаров И.С., Соколов И.В.].
Наиболее близкими к предлагаемому являются способ и устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур, использующие для оценки состояния и потенциала плодородия почвы, получения информации о состоянии посевов и почвы при возделывании сельскохозяйственных культур данные аэрофотосъемки сельскохозяйственных угодий и забор проб почвы в различных частях возделываемого угодья. Результаты анализа химического и минерального состава проб почвы наносят на почвенные карты поля для составления агротехнологических мероприятий по повышению плодородия почвы, согласно которым в дальнейшем производят внесение в почву необходимых объемов удобрений с целью обеспечения требуемых условий вегетации сельскохозяйственных культур [Якушев В. П. Информационные технологии, точного земледелия в России: практический опыт, экономическая эффективность и перспективы развития/Материалы Всероссийской конференции (с международным участием) «Математические модели и информационные технологии в сельскохозяйственной биологии: итоги и перспективы». 14-15 октября 2010 г., Санкт-Петербург. - СПб.: АФИ, 2010. с 62-68].
Недостатком известного технического решения являются значительная трудоемкость и длительность процессов, необходимость использования большого числа специализированных устройств забора почвы. Кроме того, известный способ недостаточно точен, т.к. забор проб выполняют не на всем возделываемом угодье, а в его отдельных точках, а качество аэрофотосъемки зависит от технических средств ее реализации. При этом забор проб почвы выполняется устройствами, движущимися непосредственно по возделываемому угодью, вызывая деградацию почвы, травмы сельскохозяйственных культур и, как результат, снижение их продуктивности. Наиболее сложно производить забор проб почвы на полях со сплошным заполнением сельскохозяйственными культурами (посевы зерновых культур и т.п.), где забор проб движущимися по полю устройствами без травм сельскохозяйственных культур практически невыполним и его выполняют вручную. Как правило, из-за неточности данных полученный урожай может не быть оптимальным, поскольку других критериев и данных, кроме указанных в картах, при возделывании сельскохозяйственных культур не используют.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности, оперативности и сокращение стоимости процессов оценки почвенного потенциала земельных сельскохозяйственных угодий и повышение эффективности управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур с возможностью осуществлять управление процессами, в том числе в режиме реального времени.
В результате использования предлагаемого изобретения повышаются технико-экономические характеристики, эффективность процессов и устройства управления технологическими процессами в растениеводстве.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур, предусматривающий оценку состава почвы возделываемого угодья и ее продукционного потенциала по пробам почвы, контроль состояния развития сельскохозяйственных культур по видеоизображениям сельскохозяйственных культур, полученным средствами технического зрения, и техногенные воздействия на технологические процесс, взятие и доставку проб почвы и фрагментов сельскохозяйственных культур с депрессивных участков возделываемого угодья выполняют с помощью роботизированных аппаратов, при функционировании которых исключается вредное воздействие на почву и сельскохозяйственные культуры, причем оценку состава почвы и ее продукционного потенциала и контроль состояния развития сельскохозяйственных культур производят в два этапа, при этом на первом этапе оценку состава почвы и ее продукционного потенциала осуществляют сравнением видеоизображений сельскохозяйственных культур, находящихся на возделываемом угодье, и по результатам сравнения видеоизображений сельскохозяйственных культур возделываемое угодье разбивают на участки, однородные по составу почвы и ее продукционному потенциалу, а на втором этапе оценки выявляют депрессивные участки возделываемого угодья, на которых необходимы техногенные воздействия, увеличивающие продукционный потенциал почвы, и с этих депрессивных участков осуществляют доставку фрагментов сельскохозяйственных культур и проб почвы, после этого выполняют лабораторный анализ состава почвы и сельскохозяйственных культур для каждого депрессивного участка возделываемого угодья, вырабатывают и осуществляют техногенные воздействия на технологические процессы возделывания, сельскохозяйственные культуры и почву для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур на депрессивных участках возделываемого угодья.
Технический результат достигается также тем, что в устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур, содержащее лабораторно-управляющий комплекс, модуль визуального контроля состояния сельскохозяйственных культур на возделываемом угодье, введен модуль доставки фрагментов сельскохозяйственных культур с возделываемого угодья в лабораторно-управляющий комплекс, при этом в качестве модуля доставки фрагментов растений с возделываемого угодья применен беспилотный летающий аппарат, при этом модуль визуального контроля состояния сельскохозяйственных культур на возделываемом угодье, лабораторно-управляющий комплекс и модуль доставки фрагментов сельскохозяйственных культур с возделываемого угодья связаны между собой инфокоммуникационной связью.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В ходе автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур оценку состава почвы и ее продукционного потенциала, контроль состояния развития сельскохозяйственных культур выполняют в два этапа:
- на первом этапе в качестве источника информации о составе почвы и ее продукционном потенциале используют видеоизображения сельскохозяйственных культур, находящихся на возделываемом угодье, полученные средствами технического зрения. Видеоизображения различных участков возделываемого угодья сравнивают и по результатам сравнения видеоизображений возделываемое угодье разбивают на участки, однородные по составу почвы и ее продукционному потенциалу;
- на втором этапе выявляют депрессивные участки возделываемого угодья, на которых необходимы техногенные воздействия для увеличения продукционного потенциала почвы, и с депрессивных участков доставляют фрагменты сельскохозяйственных культур и пробы почвы. Для каждого депрессивного участка возделываемого угодья производят лабораторный анализ фрагментов сельскохозяйственных культур и состава почвы и на основе результатов лабораторного анализа вырабатывают и осуществляют техногенные воздействия на сельскохозяйственные культуры и почву.
Получение видеоизображений сельскохозяйственных культур, доставку фрагментов сельскохозяйственных культур и проб почвы с депрессивных участков возделываемого угодья обеспечивают с помощью роботизированных аппаратов, при функционировании которых исключается вредное воздействие на почву и сельскохозяйственные культуры.
Структурная схема реализации предлагаемого способа автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур приведена на чертеже, на котором представлена общая схема устройства.
Устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур включает лабораторно-управляющий комплекс 1, модуль визуального контроля 2 состояния сельскохозяйственных культур на возделываемом угодье 3, модуль доставки 4 фрагментов сельскохозяйственных культур с возделываемого угодья 3 в лабораторно-управляющий комплекс 1. Модуль визуального контроля 2 состояния сельскохозяйственных культур на возделываемом угодье 3, лабораторно-управляющий комплекс 1 и модуль доставки 4 фрагментов сельскохозяйственных культур с возделываемого угодья 1 связаны между собой средствами инфокоммуникационной связи 5. На чертеже поз.6 обозначен исполнительный рабочий агрегат реализации агропроцессов, а поз. 7 - участки возделываемого угодья 3, однородные по составу почвы и ее продукционному потенциалу. В качестве модуля доставки 4 фрагментов сельскохозяйственных культур с возделываемого угодья 3 применен беспилотный летающий аппарат. Модуль визуального контроля 2 установлен на модуле доставки 4 фрагментов сельскохозяйственных культур.
Устройство работает следующим образом.
В ходе возделывания сельскохозяйственных культур модуль доставки 4 в заданное технологическим процессом время осуществляет облет возделываемого угодья 3 и с помощью модуля визуального контроля 2 выполняет съемку сельскохозяйственных культур. Полученные видеоизображения сельскохозяйственных культур по средствам инфокоммуникационной связи 5 передают в лабораторно-управляющий комплекс 1, где по видеоизображениям сельскохозяйственных культур сравнивают различные участки возделываемого угодья 3 и по результатом сравнения видеоизображений возделываемое угодье 3 разбивают на участки 7, однородные по составу почвы и ее продукционному потенциалу. С каждого депрессивного участка 7 возделываемого угодья 3 доставляют фрагменты сельскохозяйственных культур и пробы почвы и для каждого депрессивного участка 7 возделываемого угодья 3 производят лабораторный анализ развития сельскохозяйственных культур и химического и минерального состава почвы. На основе результатов лабораторного анализа развития сельскохозяйственных культур и химического и минерального состава почвы для каждого депрессивного участка 7 вырабатывают и осуществляют техногенные воздействия на сельскохозяйственные культуры и почву для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур 3 на депрессивных участках 7 возделываемого угодья с использованием модуля доставки 4 фрагментов сельскохозяйственных культур.
Существующие технологии поставки образцов почвы с возделываемого угодья требуют использования транспортных средств, травмирующих почву и сельскохозяйственные культуры. Например, при возделывании пшеницы снижение урожая в отдельных случаев может достигать 0,1%, что при промышленном производстве в денежном выражении существенно. При использовании предлагаемых способа и устройства эти потери полностью исключены, диагностика полей осуществляется более точно и оперативно.
Применение предлагаемых способа и устройства повышает эффективность процессов оценки почвенного потенциала земельных сельскохозяйственных угодий, эффективность управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур в режиме реального времени. При этом получение информации, забор проб почвы осуществляют в автоматическом режиме без травмирования сельскохозяйственных культур и почвы.