СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА АГРОПРОДУКЦИИ
METHOD OF REGULATING RENEWABLE PRODUCTION OF AGRICULTURAL PRODUCTS

Изобретение относится к сельскому хозяйству и обеспечивает совокупный агроэкотехнический результат эффективного управления непрерывностью и длительностью возобновляемого производства агропродукции, продление жизненного цикла практически реализуемого производства, энергоресурсосберегающую оптимизацию агротехнологий к окружающей природной среде, совершенствование и обновление агротехнологических процессов, увеличение урожая и качества агропродукции. Может найти применение во всех регионах производства агропродукции, при комплексной автоматизации контроля качества и управления технологическими процессами возделывания, хранения и реализации агропродукции, преимущественно растениеводческой, в местах производства и потребления, в селекционных и семеноводческих системах воспроизводства агропродукции.
Известны разнообразные технологии производства агропродукции, содержащие комплекс технических средств возделывания, хранения и реализации (см., например, Н.И.Верещагин, К.А.Пшеченков. Комплексная механизация возделывания, уборки и хранения картофеля. - М.: Колос, 1977, 352 с.). Недостатком этих технологий является отсутствие постоянного мониторинга и непрерывного управления качеством производства продукции.
Известны способы и устройства управления качеством агропродукции, содержащие ряд технологических процессов подготовки агропродукции, электронно-оптический контроль агропродукции, автоматическую сортировку агропродукции по качеству (см., например, Башилов A.M. Электронно-оптическое зрение в аграрном производстве. - Москва: ВИЭСХ, 2005, 267 с.). Недостатком этих способов является отсутствие регулирования непрерывностью производства агропродукции, нерегулярно и неполно ведется анализ изменений качества агропродукции по морфологическим признакам при воздействии техногенных и природных факторов, нет оперативного реагирования на ухудшение условий производства, на ликвидацию последствий, на восстановление нормального состояния производства.
Из известных способов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ регулирования производства агропродукции» (патент на изобретение №2265989, бюллетень изобретений №35 от 20.12.2005). Способ регулирования производства агропродукции, включающий определение морфологических признаков агропродукции, в зависимости от которых осуществляют регулирование производства, причем определение морфологических признаков объектов аграрного производства осуществляют в полном объеме постоянно сразу в нескольких зонах производства, а регулирование производства агропродукции для каждой зоны производства индивидуально непрерывно в любой момент времени при обнаружении отклонений морфологических параметров воздействиями техногенного и природного характера.
Недостатком этого изобретения являются ограниченные функциональные возможности электронно-оптических способов по регулированию возобновляемого производства агропродукции, включающего разнообразные агротехнологические процессы (возделывания, хранения и реализации агропродукции), ежегодно повторяемые по установленным агротехнологическим регламентам с применением определенных наборов и комплектов аграрной техники. В результате длительного многолетнего возобновляемого производства агропродукции при динамичных изменениях природной среды, износа и устаревания техники, деградации земель и вырождения репродуктивных возможностей сельскохозяйственных культур аграрное производство теряет конкурентоспособность и прибыльность. При несвоевременной и неправильной оценке состояния объектов аграрного производства во времени оно не дает достаточного эффекта. В рассматриваемом прототипе отсутствует регулирование возобновляемого производства агропродукции после завершения агротехнологических процессов и перед последующим их воспроизводством, направленное на сохранение прогрессивных энергоресурсосберегающих тенденций при многолетних возобновляемых циклах производства агропродукции, на устранение расточительных агротехнологических процессов и архаичных объектов. Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей регулирования возобновляемого производства агропродукции за счет избирательного отношения к объектам аграрного производства, увеличения эффективности агротехнологических процессов, многократно повторяемых с заданной периодичностью, путем непрерывного их электронно-оптического мониторинга в течение рабочего цикла и периодического прогрессивного улучшения или обновления объектов производства.
В результате использования предлагаемого изобретения повышаются общесистемный оптимизационный эффект и качество регулирования возобновляемого производства агропродукции. При введении нового способа регулирования возобновляемого производства возрастает качество мониторинга и эффективность управления агротехнологическими процессами.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования возобновляемого производства агропродукции определяют морфологические признаки объектов аграрного производства одновременно в нескольких зонах производства и осуществляют их индивидуальное непрерывное регулирование в каждой зоне в момент обнаружения отклонений морфологических признаков. Определение морфологических признаков объектов аграрного производства - растений и плодов - осуществляют в зависимости от продолжительности сортосмены, сортообновления, возделывания и хранения агропродукции. При этом регулирование возобновления производства растений и плодов осуществляют путем исключения растений и плодов с тенденцией деградации морфологических признаков в повторно возобновляемых агротехнологических циклах и включения растений и плодов с тенденцией роста и развития их морфологических признаков, таких как размер, форма, изменение окраски.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-5. На фиг.1 изображена обобщенная схема реализации способа регулирования возобновляемых циклов производства агропродукции. На фиг.2 - блочная схема исполнения способа регулирования объектов возобновляемого производства агропродукции. На фиг.3 - структурная схема реализации способа регулирования возобновляемой агротехнологии производства продукции. На фиг.4 - динамика параметров морфологических признаков объектов агротехнологии, наблюдаемая при однолетних и многолетних возобновляемых циклах технологии производства агропродукции. На фиг.5 - схема электронно-оптического способа регулирования объектов возобновляемой технологии производства агропродукции.
Способ реализации технологии производства агропродукции заключается в том, что, кроме исполнения технологических процессов возделывания, хранения и реализации агропродукции, определения морфологических признаков объектов аграрного производства внутри нескольких рабочих зон и регулирования производства агропродукции для каждой зоны производства индивидуально при обнаружении отклонений морфологических параметров воздействиями техногенного и природного характера, дополнительно осуществляют регулирование производства в рамках возобновляемых производственных циклов различной периодичности и иерархической подчиненности, которую осуществляют после определения тенденций изменения морфологических признаков во времени между предыдущими и последующими циклами производства.
Структурная схема включения дополнительных информационно-управляющих процессов регулирования агротехнологических процессов с различной частотой повторяемости приведена на фиг.1. На ней изображены следующие агротехнологические процессы: возделывание агропродукции в полевых условиях 1, хранение агропродукции в зимний период 2, реализация агропродукции потребителям 3, ежегодное регулирование агротехнологии 4, сезонное регулирование технологических процессов 5, периодическое регулирование повторных технологических операций 6 или других соподчиненных производственных действий.
Ежегодное регулирование агротехнологии выполняют посредством реализации информационно-управляющих обратных связей 4, регистрирующих морфологические признаки объектов технологии синхронно периодически возобновляемым годовым циклам (от возделывания до реализации агропродукции), а регулирование объектов осуществляют после проведения предшествующего и до начала последующего исполнения агротехнологии. Определение морфологических признаков на данном уровне осуществляется на множественном, популяционном уровне (массив растений, партия готовой продукции), а регулирование - путем включения или исключения возделываемого сорта продукции, схемы посадки или способа хранения. Аналогично осуществляется регулирование технологического процесса, включенного в состав реализуемой агротехнологии, путем введения информационно-управляющих обратных связей 5 с внутрисезонными циклами производства (многократный уход за растениями в посадках, регулирование микроклимата при хранении). Определение морфологических признаков в данном случае осуществляется на организменном уровне по морфологическим признакам растений (стеблей, плодов), а регулирование - путем дифференцированного воздействия на растения или замены типа машинного агрегата. Регулирование операций, входящих в состав технологических процессов, осуществляют путем введения информационно-управляющих обратных связей 6 с ежедневными циклами производственных актов. Определение морфологических признаков осуществляется на органном уровне по морфологическим признакам органов растений (листьев, цветков, ростков), а регулирование - путем изменения положения рабочих органов машинного агрегата (параметров режимов хранения).
Распределение процессов регулирования объектов производства в зависимости от продолжительности и взаимоподчиненности возобновляемых рабочих ритмов позволяет повысить точность определения динамики морфологических признаков объектов аграрного производства, устранить развитие негативных тенденций возобновляемого производства агропродукции и осуществить мероприятия по его совершенствованию.
На фиг.2 приведена блочная схема процесса регулирования возобновляемого производства, организованного по иерархической структуре взаимоподчиненных объектов агротехнологии, технологических процессов, операций. На фиг.2 обозначено: блок электронно-оптического слежения морфологических признаков объектов производства 7; блок оценки и формирования структуры объектов последующего агропрозводственного цикла 8; блок построения функции регулирования объектов 9; блок алгоритмов регулирования 10; блок исполнения операций регулирования 11; блок формирования новой структуры объектов агропроизводственного цикла 12; блок регулирования новой структуры объектов к реальным условиям окружающей среды 13; блок определения и отбора неперспективных объектов 14; блок формирования структуры перспективных объектов 15; блок сопровождения и контроля исполнения агропроизводственного цикла 16; блок сбора и использования данных в последующих реализациях агропроизводственных циклов 17.
Блочная схема процесса регулирования отображает электронно-оптические отслеживание 7 морфологических признаков в зависимости от иерархичности рабочих ритмов производства (соответственно, циклов реализации агротехнологии, технологических процессов, операций) и регулирующие воздействия на материальные объекты путем селекции, сортировки, отбора или их замены (8, 9, 10, 11) при формировании новой, последующей реализации (12) агротехнологии (процесса, операции). При эволюционной адаптации, регулировании (13) объектов аграрного производства к окружающей среде материальное действие проявляется в удалении неперспективных объектов (14), не соответствующих реальным условиям окружающей среды. В последующем реализация агропроизводственного цикла со структурой перспективных объектов (15) исполняется (16) в реальных условиях возобновляемого производства, а электронно-оптические модели параметров морфологических признаков объектов реализованного агропроизводственного цикла сохраняются (17) в банке данных для использования их в последующем агропроизводственном цикле.
На фиг.3 обозначено: электронно-оптическая модель морфологических признаков объектов технологии, воспроизводимая из банка данных от предыдущей реализации агротехнологии 18; электронно-оптическая модель морфологических признаков объектов технологии, воспроизводимая из банка данных от последующих реализаций агротехнологии 19; электронно-оптическое отслеживание динамики морфологических признаков объектов предыдущей реализации агротехнологии 20; электронно-оптическое отслеживание морфологических признаков объектов последующих реализаций агротехнологии 21; определитель объектов с тенденцией деградации морфологических признаков или с тенденцией устойчивого развития в циклах предшествующей реализации агротехнологии 22; определитель объектов с тенденцией деградации морфологических признаков или с тенденцией устойчивого развития в циклах последующих реализаций агротехнологии 23; оператор-технолог 24; структурированные объекты агротехнологии, реализуемые в производстве 25; структурированные объекты агротехнологии, записываемые в банк данных 26.
Для выполнения процесса регулирования при многократных реализациях агропроизводственных циклов формируют два типа электронно-оптических моделей морфологических признаков объектов возобновляемого производства: 18 и 19 - воспроизводимые из банка данных; 20 и 21 - электронно-оптические модели, отслеживаемые при реализации агротехнологии. Электронно-оптическая модель устанавливает динамику причинно-следственных связей параметров морфологических признаков с объектами агротехнологии (например, путем регистрации ряда видеоцифровых изображений разнообразными средствами технического зрения, автоматической обработки изображений, вычисления параметров морфологических признаков: геометрических, цветовых и текстурных параметров). В результате многократного исполнения процесса регулирования происходит подбор наиболее оптимальных объектов технологии 25, реализуемой в выбранном регионе и записываемой для сохранения в базе данных 26. Регулирование осуществляется путем определения отношений 22 (23) и принятия решения по воспроизведению технологии 25 и записи в банк данных 26. По результату определения отношений параметров морфологических признаков объектов агротехнологий в предшествующих и последующих реализациях принимается заключение о стабильности состояния ее объектов, деградации или прогрессирующем развитии.
Процесс регулирования предусматривает многократные процедуры (предшествующие и последующие) электронно-оптического отслеживания 20, 21 и регулирования роста и развития растений (например, картофеля) в полевых условиях, состава потока агропродукции (клубней картофеля, плодов, овощей) на технологических линиях при подготовке и закладке на хранение, порчи продукции на поверхности объемной массы, заложенной на хранение, качества агропродукции на линиях выгрузки и подготовки ее к реализации.
Электронно-оптическое отслеживание 20, 21 предусматривает искусственное или естественное освещение объектов аграрного производства, восприятие отраженного светового потока на фотоматрицу (например, видеоматрицу), обнаружение на цветном или черно-белом изображении контролируемой совокупности объектов (растений, плодов) функционально-морфологических изменений и патологических отклонений (размеров, формы, окраски). Для практической реализации используются цифровые фотоаппараты и цифровые видеокамеры, флэш-карты, кабельная или беспроводная связь и персональный компьютер.
Электронно-оптическое сопровождение агротехнологий предусматривает использование оператором 24 мультимедийных средств путем получения информации от источников 22, 23, 25, 26 для анимации (воспроизведения и передачи информации исполнителю технологии или в автоматизированные средства регулирования технологическим процессом) агротехнологических процессов (например: функционально-морфологических особенностей поведения растений в полевых условиях; роста и распространения очагов заболевания растений в посевах; повреждения плодов в период длительного хранения). Далее по анимационным статическим и динамическим двух- или трехмерным изображениям строится «линия» поведения объекта (растений, плодов), определяется структура и комплекс технических средств текущего исполнения агротехнологических процессов. Для практической реализации используются: персональный компьютер, монитор, средства оптической сигнализации, автоматизированные исполнительные механизмы.
Если отслеживаемые 20, 21 и анимационные 18, 19 сценарии функционально-структурно-параметрической реализации технологических процессов не совпадают, процесс регулирования продолжается.
Функции регулирования представляют собой периодические изменения регистрируемых электронно-оптическим способом (видеоцифровым, спектрофотометрическим) величин и характеризующих поведение объектов в течение возобновляемых временных циклов агротехнологии. Основные фазы изменений морфологических признаков объектов агротехнологии проявляются в «подъеме», «стабилизации», «спаде» и «выравнивании» управляемых величин, отображенных на графиках многолетних производственных циклов.
На фиг.4 изображено: динамика объектов интенсивно развивающейся агротехнологии 27; динамика объектов нейтрально развивающейся агротехнологии 28; динамика объектов агротехнологии с нейтральной и разрушающейся структурой 29; динамика объектов агротехнологии с полностью разрушающейся структурой 30; динамика интенсивного развития 31; динамика нейтрального состояния 32; динамика разрушающегося (деградирующего) состояния 33.
Наибольшие возможности для регулирования объектами агротехнологии заключаются в изменении многолетних циклов, с помощью которых можно развить или ограничить тенденции роста урожайности, сохранности и безотходности реализации агропродукции. Многолетние циклы корректируют через 5-10 лет и определяют последовательностью однолетних циклов. Однолетние циклы уточняют до начала технологического процесса возделывания или после процесса реализации. Сезонные - до начала исполнения первой технологической операции и после исполнения последней технологической операции.
Технология производства агропродукции предусматривает движение потока продукции через три организационно-производственные структуры: поле, хранилище, цех. Основная цель технологии производства агропродукции (например картофеля) - доведение потока продукции до потребителя наиболее совершенным способом, при точном исполнении технологии, не противоречащей (адаптированной) условиям окружающей среды. Очевидно, что развить технологию до полного совершенства не удастся с первого раза, поэтому необходим способ интенсивной (многократной) адаптации с использованием электронно-оптической техники, значительно сокращающей сроки оптимизации по сравнению с традиционным экстенсивным способом накопления и передачи практического опыта по реализации агротехнологий.
На фиг.5 приведен один из вариантов выполнения способа регулирования возобновляемого производства агропродукции. На фиг.5 изображено: объект отслеживания 34; электронно-оптическая система (видеокамера) слежения динамики морфологических признаков 35; электронно-оптическая (видеомонитор) система воспроизведения динамики морфологических признаков из базы данных 36; оператор сопоставления отслеживаемой и воспроизводимой динамики морфологических признаков 37; блок регулирования объектами агротехнологического процесса 38; компьютерная база данных 39.
Способ осуществляется следующим образом, например, при реализации агротехнологических процессов возделывания, хранения и переработки агропродукции, возобновляемых ежегодно в течение многолетнего периода эксплуатации. В каждом агротехнологическом процессе осуществляют электронно-оптическое наблюдение агрообъектов и определяют их морфологические признаки, например при возобновляемом производстве картофеля (растений в посадках, клубней в хранилище, продуктов переработки) и осуществляют регулирование агротехнологических параметров в любой момент при обнаружении отклонений морфологических параметров воздействиями техногенного и природного характера. Например, в процессе возделывания производят периодическое отслеживание роста и развития растений 34 в посадках с помощью цветной видеоцифровой камеры 35, результат слежения вводят в компьютер 39 и выводят на монитор компьютера для наблюдения оператором 36. Аналогичным образом происходит отслеживание процесса хранения агропродукции в насыпи, в результате которого фиксируется динамика морфологических признаков (рост числа дефектных клубней, увеличение размера дефекта), характеризующих сохранность продукции.
В период переработки агропродукции осуществляют контроль качества при ее выгрузке транспортерами (чистота вороха, размер, форма, изменение окраски). Отслеживаемую динамику морфологических признаков в последующем сопоставляют с динамикой морфологических признаков, воспроизводимых из базы компьютерных данных с помощью видеомонитора 36. Сопоставление этих характеристик служит основанием для принятия оператором или компьютерной программой 37 решения по регулированию исполнительной системой 38 технологических процессов возделывания, хранения и переработки для улучшения структуры объектов применяемой технологии, адаптированных к конкретным условиям окружающей среды.
В течение возобновляемых многолетних циклов производства агропродукции определение морфологических признаков объектов аграрного производства осуществляют в соответствии с периодически возобновляемыми циклами и устанавливают тенденцию изменения параметров измеряемых морфологических признаков в зависимости от кратности возобновляемых циклов. Если обнаруживается тенденция деградации морфологических признаков, например, в процессе возделывания (вырождение сорта по морфологическим признакам листовой поверхности), то принимается решение о сортообновлении или сортосмене картофеля. При обнаружении тенденции деградации агропродукции в период хранения (увеличение потерь продукции по морфологическим признакам дефектов на ее поверхности) принимается решение о сортировании продукции или об изменении режимов хранения. Регулирование объектов возобновляемого производства осуществляют после реализации предыдущего, но перед началом последующего агротехнологического цикла, например, смену сорта осуществляют после завершения полного цикла производства и перед началом возобновляемого.
При системной организации регулирования возобновляемого агропроизводства по аналогичному принципу в зависимости от продолжительности циклов и иерархической взаимоподчиненности формируют высокочастотные процедуры регулирования объектами технологических процессов и технологических операций, а также другие низкочастотные (смена культуры, севооборота) действия и высокочастотные (многократная обработка растении в посадках) процедуры регулирования, охватывающие агроэкологические изменения. Если отношение исходного (сопровождающего, извлеченного из базы данных) спектра динамик параметров морфологических признаков к действительно исполненному (отслеженному) спектру динамик параметров морфологических признаков достаточно удовлетворительно для потребителя и/или производителя, то системноорганизованная структура объектов практического исполнения технологии производства агропродукции принимается для последующего производства, а если это отношение неудовлетворительно для потребителя и/или производителя, процесс регулирования производят повторно или многократно до момента достаточной удовлетворенности.
Таким образом, применение способа регулирования возобновляемого производства агропродукции с использованием электронно-оптических разночастотных динамик параметров морфологических признаков при сопровождении и отслеживании объектов агротехнологии, технологических процессов и операций позволит за счет повышения качества регулирования повысить урожайность, сохранность и безотходность реализации агропродукции, то есть получить наибольшую прибыль от применения нового способа регулирования агропроизводства при максимальной удовлетворенности потребителя.
Кроме того, расширение функциональных возможностей технологии производства агропродукции за счет развития адаптивно-преобразовательных действий обеспечит сохранение прогрессивной энергоресурсосберегающей направленности при многолетней реализации ее в производстве путем своевременного устранения расточительных и архаичных объектов производства.