Способ и устройство возделывания агрокультур по управляемым зонам
METHOD AND DEVICE FOR CULTIVATING AGRICULTURAL CROPS IN MANAGED AREAS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к реализации управляемых технологий земледелия, и может быть использовано в отрасли полевого растениеводства.
Известны способ и устройство автоматического управления процессами возделывания агрокультур, предусматривающие для оценки состояния и потенциала плодородия почвы, получения информации о состоянии посевов и почвы при возделывании агрокультур, данные аэрофотосъемки аграрных 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 агрокультур [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 аграрной биологии: итоги и перспективы». 14-15 октября 2010 г., Санкт-Петербург. - СПб.: АФИ, 2010. С. 62-68].
Наиболее близкими к предлагаемому являются способ и устройство автоматического управления процессами возделывания агрокультур, предусматривающие контроль состояния развития агрокультур и техногенные воздействия на технологические процессы в зонах депрессивного развития агрокультур на сельхозугодье. Известное устройство автоматического управления процессами возделывания агрокультур содержит лабораторно-управляющий комплекс, модуль визуального контроля состояния агрокультур на возделываемом угодье, модуль доставки фрагментов агрокультур с возделываемого угодья в лабораторно-управляющий комплекс [патент РФ №2538997].
Недостатками известных технических решений является то, что увеличение урожайности агрокультур проявляется в зонах, где эти воздействия осуществляют. На остальной части сельхозугодья урожайность агрокультур остается прежней или уменьшается из-за влияния агрокультур зон депрессивного развития на агрокультуры в других зонах благодаря кооперативному биоинформационному взаимодействию агрокультур на сельхозугодиях. При этом общая эффективность технологических процессов на сельхозугодье возрастает незначительно, а материальные затраты и затраты технологических и энергетических ресурсов высоки.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности, оперативности и сокращение стоимости процессов возделывания агрокультур, увеличение производительности земельных сельхозугодий.
В результате использования предлагаемого изобретения за счет стимулирующих кооперативных биоинформационных влияний агрокультур зоны опережающего развития на агрокультуры в зонах депрессивного и удовлетворительного развития урожайность агрокультур и общая эффективность процессов возделывания агрокультур, производительность сельхозугодий увеличиваются. При этом затраты материально-технических ресурсов на выполнение процессов снижаются, а значительную часть операций мониторинга и реализации технологических процессов осуществляют в автоматическом режиме с использованием роботизированных аппаратов, при функционировании которых отсутствуют вредные воздействия на почву, окружающую среду и агрокультуры.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что при реализации предлагаемого способа автоматического управления процессами возделывания агрокультур, включающего мониторинг сельхозугодий, выявление на сельхозугодьях зон депрессивного развития агрокультур, выполнение специализированными рабочими машинами технологических воздействий на агрокультуры в зонах депрессивного развития, по анатомо-морфологическим признакам агрокультур, а именно геометрическим размерам и цветовым характеристикам их фрагментов, выявляют на сельхозугодиях зоны опережающего развития агрокультур, усиливают положительную интерференцию влияний отдельных растений зон опережающего развития на агрокультуры в зонах депрессивного развития и зонах удовлетворительного развития, для этого стимулируют интенсивность формирования агрокультур в зонах опережающего развития за счет изменения генно-фенотипического потенциала агрокультур в зонах опережающего развития, при этом агрокультуры в зонах опережающего развития обрабатывают гормональными препаратами, лазерным облучением. Кроме этого на сельхозугодьях создают зоны опережающего развития агрокультур, при этом созданные зоны опережающего развития агрокультур сопрягают с зонами депрессивного и удовлетворительного развития агрокультур, а негативную интерференцию отдельных растений зон депрессивного развития на агрокультуры в пограничных зонах опережающего и удовлетворительного развития ослабляют, ограничивают миграцию зон депрессивного развития по сельхозугодью, для этого специализированными рабочими машинами производят технологические операции увеличения интенсивности формирования агрокультур по границам депрессивных зон.
Технический результат достигается также тем, что в устройство автоматического управления процессами возделывания агрокультур, содержащее лабораторно-управляющий комплекс, модуль визуального контроля состояния агрокультур на сельхозугодье, блок передачи информации, беспилотный летающий аппарат, наземные технологические рабочие агрегаты, вводят рабочий орган для внесения гормональных препаратов, лазер, при этом рабочий орган для внесения гормональных препаратов, лазер размещают на беспилотном летающем аппарате, причем информационные входы рабочего органа для внесения гормональных препаратов и лазера через блок передачи информации соединяют с лабораторно-управляющим комплексом.
Последние исследования выявили, что процессы и явления не только сфере деятельности человека, но и при взаимодействии внутри образований, состоящих из животных и растительных особей объектов аграрного производства, в части взаимодействия лидеров и последователей подчиняются положениям теории конституентов. Эти процессы и явления на практике проявляются как кооперативные биоинформационные влияния агрокультур друг на друга: опережающие в своем развитии особи стимулируют ускорение развития отстающих особей, а отстающие - замедляют развитие особей опережающего развития [Будаговский А.В. Дистанционное межклеточное взаимодействие. - М.: НПЛЦ: «Техника», 2004. - 104 с.].
Предлагаемый способ учитывает и использует кооперативные биоинформационные взаимодействия агрокультур: усиливает влияние опережающих в развитии агрокультур на ускорение развития отстающих агрокультур, ослабляет влияние отстающих в развитии агрокультур на замедление развитие агрокультур опережающего и удовлетворительного развития.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
1. В ходе автоматического управления процессами возделывания агрокультур осуществляют мониторинг сельхозугодий, при этом выявляют на сельхозугодьях зоны депрессивного развития агрокультур, зоны удовлетворительного развития и зоны опережающего развития агрокультур. Дифференциацию сельхозугодия на зоны выполняют по анатомо-морфологическим признакам агрокультур, а именно по геометрическим размерам и цветовым характеристикам агрокультур или их фрагментов, а также по результатам анализа характеристик проб почвы и фрагментов агрокультур с различных зон сельхозугодья.
2. Специализированными рабочими машинами осуществляют технологические воздействия на агрокультуры в зонах депрессивного развития согласно технологическому регламенту возделывания конкретной агрокультуры в конкретных агроклиматическим условиях.
3. Усиливают положительное электрофизическое и биохимическое влияние кооперативного биоинформационного взаимодействия агрокультур (интерференции влияний отдельных растений друг на друга) зон опережающего развития на развитие агрокультур в зонах депрессивного развития и зонах удовлетворительного развития. Для этого стимулируют интенсивность развития агрокультур в зонах опережающего развития и изменяют генно-фенотипический потенциал агрокультур за счет использования гормональных препаратов, лазерного облучения. При этом усиление развития агрокультур в сопрягаемых с зонами опережающего развития депрессивных зонах и зонах удовлетворительного развития выполняют без дополнительных в этих зонах только за счет стимуляции интенсивности развития агрокультур. Причем технологические воздействия на агрокультуры в зонах опережающего развития осуществляют с использованием роботизированных аппаратов, при функционировании которых отсутствуют вредные воздействия на почву, окружающую среду и агрокультуры.
4. Создают зоны опережающего развития агрокультур, сопрягающиеся с депрессивными зонами и зонами удовлетворительного развития агрокультур, при этом в созданных зонах опережающего развития на агрокультуры специализированными технологическими машинами производят технологические воздействия, стимулирующие формирование агрокультур.
5. Ослабляют негативное влияние кооперативного биоинформационного взаимодействия агрокультур депрессивных зон на развитие агрокультур в пограничных зонах, а также ограничивают миграцию депрессивных зон по сельхозугодью, для этого специализированными рабочими машинами производят технологические операции увеличения интенсивности развития агрокультур по границам депрессивных зон.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1-3.
На фиг. 1 представлена общая схема устройства, на фиг. 2 показана интенсивность проявления информативного признака для зон депрессивного, удовлетворительного и опережающего развития до стимуляции формирования агрокультур в зонах опережающего развития.
На фиг. 3 показана интенсивность проявления информативного признака для зон депрессивного, удовлетворительного и опережающего развития после стимуляции формирования агрокультур в зонах опережающего развития.
Устройство возделывания агрокультур по управляемым зонам включает лабораторно-управляющий комплекс 1, модуль визуального контроля 2 состояния агрокультур на сельхозугодье 3, беспилотный летающий аппарат 4, рабочий орган для внесения гормональных препаратов 5, лазер 6, средство инфокоммуникационной связи 7, исполнительный рабочий агрегат реализации агропроцессов 8. На чертеже показаны зоны депрессивного развития агрокультур 9 сельхозугодья 3, зоны удовлетворительного развития агрокультур 10, зоны опережающего развития 11, технологические рабочие органы 12 на исполнительном рабочем агрегате реализации агропроцессов 8, направления 13 стимулирующего электрофизического и/или биохимического воздействия, усиливающего кооперативное биоинформационное действие агрокультур зон опережающего развития 11 на развитие агрокультур в депрессивных зонах 9 и зонах удовлетворительного развития 10, направления 14 обратного негативного влияния кооперативного биоинформационного взаимодействия агрокультур депрессивных зон на развитие агрокультур в пограничных зонах 14.
Модуль визуального контроля 2 состояния агрокультур на возделываемом угодье 3, лабораторно-управляющий комплекс 1 и беспилотный летающий аппарат 4 связаны между собой средствами инфокоммуникационной связи 7. Модуль визуального контроля 2, рабочий орган для внесения гормональных препаратов 5, лазер 6 размещают на беспилотном летающем аппарате 4, причем информационные входы рабочего органа для внесения гормональных препаратов 5 и лазера 6 соединяют через средство инфокоммуникационной связи 7 с лабораторно-управляющим комплексом 1.
Устройство работает следующим образом.
В ходе возделывания агрокультур беспилотный летающий аппарат 4 в заданное регламентом технологических процессов время осуществляет облет возделываемого угодья 3 и с помощью модуля визуального контроля 2 выполняет видеосъемку агрокультур. Полученные видеоизображения агрокультур по средствам инфокоммуникационной связи 5 передают в лабораторно-управляющий комплекс 1. Кроме этого беспилотный летающий аппарат 4 доставляет в лабораторно-управляющий комплекс 1 фрагменты агрокультур и пробы почвы.
Лабораторно-управляющий комплекс 1 по видеоизображениям агрокультур, результатам анализа характеристик фрагментов агрокультур и проб почвы сравнивает различные участки сельхозугодья 3, и по результатом сравнения сельхозугодье 3 разбивают на зоны, а именно зоны депрессивного развития 9, зоны удовлетворительного развития 10, зоны опережающего развития 11. При этом дифференциацию сельхозугодия 3 на зоны выполняют по цветовым характеристикам агрокультуры и/или анатомо-морфологическим признакам ее фрагментов, а именно геометрическим размерам.
На основе результатов лабораторного анализа развития агрокультур, химического и минерального состава почвы для каждой депрессивной зоны 9 согласно технологическим картам выполняемых процессов осуществляют техногенные воздействия на агрокультуры и почву для повышения продуктивности агрокультур на депрессивных зонах 9 сельхозугодья с использованием технологических рабочих органов 12 на исполнительном рабочем агрегате реализации агропроцессов 8.
Усиливают положительное электрофизическое и биохимическое влияние кооперативного биоинформационного взаимодействия агрокультур зон опережающего развития 11 на развитие агрокультур в депрессивных зонах 9 и зонах удовлетворительного развития. Для этого стимулируют интенсивность развития агрокультур в зонах опережающего развития 11 за счет изменения агрокультур на генотипическом уровне. При этом вырабатывают и осуществляют техногенные воздействия на агрокультуры и почву в зонах опережающего развития 11 сельхозугодья с использованием рабочего органа для внесения гормональных препаратов 5 и лазера 6, размещенных на беспилотном летающем аппарате 4. Усиливают развитие агрокультур в сопрягаемых с зонами опережающего развития депрессивных зонах и зонах удовлетворительного развития без дополнительных технологических воздействий на агрокультуры в этих зонах.
Применение способа возделывания агрокультур по управляемым зонам иллюстрируется на примере выращивания агрокультуры «огурец» в полевых условиях. Для этой агрокультуры урожайность в зонах депрессивного развития достигает 20-40% урожайности в зонах опережающего развития, а урожайность в зонах удовлетворительного развития - 60-80% урожайности в зонах опережающего развития. Стимуляция развития агрокультур в зонах опережающего развития за счет изменения агрокультур на генотипическом уровне с использованием и рабочего органа для внесения гормональных препаратов и/или лазера увеличивает урожайность агрокультур на 2-3% в этих зонах, но из-за усиления положительного электрофизического и биохимического влияния кооперативного биоинформационного взаимодействия агрокультур зон опережающего развития на развитие агрокультур в депрессивных зонах и зонах удовлетворительного развития в депрессивных зонах урожайность повышается не менее чем на 40%, в зонах удовлетворительного развития - не менее чем на 15%. При полевом возделывания огурца по способу управляемых зон в южных регионах РФ его средняя урожайность составит 60-70 т/га, а при традиционных технологиях средняя урожайность составляет 40-50 т/га. При этом сроки вегетации культуры сокращаются на 5-7%.
Существующие технологии возделывания агрокультур не используют положительное электрофизическое и биохимическое влияние кооперативного биоинформационного взаимодействия агрокультур. По этой причине, например, при возделывании пшеницы снижение урожая в отдельных случаев может достигать 0,1-0,5%, что при промышленном производстве в денежном выражении существенно. При использовании предлагаемых способа и устройства это снижение урожая исключено, а при выполнении агропроцессов экономят до 10% материальных и трудовых ресурсов.
Из фиг. 2.3 видно, что контрастность информативного признака анатомо-морфологического признака агрокультур зон депрессивного, удовлетворительного и опережающего развития после стимуляции интенсивности формирования агрокультур в зонах опережающего развития возрастает.