Проектирование и контроль систем земледелия с помощью геоинформационных технологий

УДК 633.1

Н. В. Степных, А. М. Заргарян, О. А. Жукова

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ С ПОМОЩЬЮ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КУРГАНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

N. V. Stepnykh, A. M. Zargarian, O. A. Zhukova DESIGN AND CONTROL OF AGRICULTURE SYSTEMS WITH A HELP OF GEOINFORMATION TECHNOLOGY KURGAN RESEARCH INSTITUTE OF AGRICULTURE

Аннотация. Существующие геоинформационные системы управления растениеводством слабо связаны с земледельческой наукой, в большинстве случаев они не обеспечены научно обоснованными нормативами и методиками управления системой земледелия. В Курганском НИИСХ разработан программный комплекс по проектированию систем земледелия, использующий научно обоснованную информацию, состоящий из базы данных показателей экономической эффективности агротехно-логий и нескольких компьютерных программ для создания электронных карт и баз данных (книг истории полей), контроля техники и полевых работ, расчета технологических карт и производственной программы растениеводства.

Ключевые слова: научное обоснование; система земледелия; технологии; программный комплекс; электронная карта.

Abstract. Existing geoinformation systems of controlling plant science are weakly associated with agricolous science, in most cases they are not provided with scientifically proved standards and methods of controlling system of farming. In Kurgan Research Institute of Agriculture it was developed a complex program for designing farming systems, using scientifically based information, which consists of a database of indicators of economic efficiency of agricultural technologies and several software programs to create electronic maps and databases (history books fields), monitoring equipment and field work, the calculation of flow process chart and production program of plant science.

Keywords: scientific rationale; farming system; technologies; software package; electronic card.

Николай Васильевич Степных

Nikolay Vasilyevich Stepnykh кандидат экономических наук kniish@ketovo.zaural.ru

Артур Меружанович Заргарян

Artur Meruzhanovich Zargaryan kniish@ketovo.zaural.ru

Олеся Александровна Жукова

Olesya Aleksandrovna Zhukova kniish@ketovo.zaural.ru

Введение. Существующие геоинформационные системы (ГИС) управления растениеводством применяются для создания электронных карт полей, мониторинга техники, параллельного вождения, учета продукции и других задач по организации производства, что повышает эффективность использования земли и материальных ресурсов. Вместе с тем ГИС слабо связаны с земледельческой наукой, в большинстве своём они не обеспечены научно обоснованными нормативами и методиками управления системой земледелия. В лучшем случае с их помощью пытаются дифференцировать внесение удобрений и средств защиты растений, другие же вопросы земледелия (севооборот, обработка почвы, срок и способ посева, норма высева семян и другие) остаются за рамками геоинформационных систем. Огромная рабо-

та по созданию программных и технических средств для точного земледелия ведётся Агрофизическим научно-исследовательским институтом [1]. К сожалению, в производстве они, во-первых, мало известны, во-вторых, для их применения региональная наука ещё не в полной мере разработала нормативы, и хозяйства ещё не готовы реализовать точное земледелие, которое предполагает дифференциацию технологий не только по полям, но и по отдельным участкам. Даже адаптивно-ландшафтное земледелие не нашло ещё широкого применения.

В то же время для уточнения технологий по полям, для ведения адаптивно-ландшафтного земледелия есть соответствующие научные рекомендации. Коллективом Сибирского научно-исследовательского института земледелия и химизации сельского хозяйства под руководством академиков Кирюшина В. И. и Власенко А. Н. ещё в 2002 году для Западной Сибири был разработан пакет технологий возделывания сельскохозяйственных культур, адаптирован-

Научный журнал

Вестник Курганской ГСХА

ных к различным агроландшафтным районам, аг-роэкологическим группам и типам земель, предшественникам, уровням интенсификации и изменчивости агрометеорологических ресурсов [2]. В 2010 году Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии разработал методику проектирования базовых элементов адаптивно-ландшафтной системы земледелия [3]. Позднее соответствующие рекомендации были разработаны в других регионах, в частности Курганский НИИСХ под руководством академиков Иванова А. Л. и Кирюши-на В. И. разработал систему адаптивно-ландшафтного земледелия Курганской области [4]. В этих работах как раз и содержатся, но практически не применяются в геоинформационных системах научно обоснованные положения и нормативы по проектированию адаптивно-ландшафтных систем земледелия. На наш взгляд, реализация этих положений в геоинформационных технологиях позволит не только поднять уровень организации и управления производством, но и быстрее внедрять научные рекомендации по повышению эффективности систем земледелия.

Методика. База знаний состоит из набора файлов и содержит характеристики и описания условий производства, почв, культур, рекомендации по технологиям выращивания сельхозкультур, разработанным Курганским НИИСХ и другими научными учреждениями. Описательный характер базы знаний не позволяет напрямую использовать её в алгоритмах автоматического проектирования систем земледелия, она служит основой для базы данных и является справочным материалом для специалистов, занимающихся планированием и управлением системой земледелия. Для большинства предприятий Курганской области база знаний включает следующие сведения: описание культур; характеристику почв; сроки посева культур; нормы высева семян; характеристику сортов; описание способов обработки почвы, посева и уборки; рекомендации по расчету доз удобрений; описание сорных растений; описание болезней культур; описание вредителей.

База данных агрономической информации формируется на основе базы знаний и отличается конкретностью, позволяющей формализовать процесс проектирования систем земледелия. Она содержит следующие сведения: описание агроландшафт-ных районов; агроэкологических групп и типов земель; гранулометрического (механического) состава почв; перечень культур; урожайность культур; предшественники; сорта; нормы высева; удобрения; средства защиты растений; технологические операции.

Система земледелия должна быть наделена ресурсами, а реализация полученной продукции обеспечивать расширенное воспроизводство, что предполагает экономические расчеты и создание соответствующей базы данных экономической информации:

уровень интенсификации, вид оплаты труда, разряды работ, тарифные ставки, общие и специальные доплаты, продолжительность рабочего дня, коэффициенты использования рабочего времени, цены, сроки полезного использования основных средств, годовая загрузка машин, экономические нормативы.

При проектировании систем земледелия целесообразно часть полей, имеющих сходные характеристики, объединить в типовые группы по таким основным атрибутам, как агроландшафтный район, агроэ-кологическая группа земель, агроэкологический тип и гранулометрический состав почв, предшественник. Для указанных типов полей Курганским НИИСХ разработаны параметры технологий с учетом уровня интенсификации: способы обработки почвы, нормы высева семян, сорта, дозы удобрений, определены уровни урожайности культур, подготовлены типовые технологические карты и информационная база для адаптирования технологий к условиям предприятия. Сведения для группировки содержатся в базе данных электронной карты полей.

Результаты. Программный комплекс по проектированию систем земледелия, разработанный в Кур -ганском НИИСХ, состоит из базы данных показателей экономической эффективности агротехнологий (размещена на сайте kurganniish.ru) [5] и нескольких ком -пьютерных программ. Программа «Агрокарта» предназначена для создания электронных карт и баз данных (книг истории полей), «Агромонитор» - для контроля техники и полевых работ, «Агроплан» (в разработке) - для генерации технологий, расчета технологических карт и производственной программы растениеводства. Программы обеспечены информационной базой, состоящей из базы знаний и базы данных технологических и экономических параметров.

Электронная карта является одним из основных источников информации для проектирования системы земледелия, в которой имеются характеристики почв, агрохимические показатели, данные по площади, культурам, сортам, урожайности, наличию сорняков, внесению удобрений, применению средств защиты растений, срокам проведения технологических операций и другая информация. В связи с тем, что в существующие на рынке программы по созданию электронных карт невозможно внести собственные базы данных и алгоритмы их обработки, институт вынужден был самостоятельно разработать программы по формированию электронных карт и мониторингу полевых работ «Агрокарта» и «Агромо-нитор». Как и в других подобных программах, в них предусмотрена база данных (электронная книга истории полей), по каждому параметру которой можно построить тематическую карту, наглядно представляющую состояние почв, культур, технологий и организацию полевых работ.

Проектирование системы земледелия предлагается начать с набора культур, который определяется природно-климатическими и экономическими условиями, рыночным спросом на продукцию, рентабельностью производства. Источником информации по спросу является интернет, по рентабельности - статистические данные, информация органов управления и научных организаций, в том числе база данных экономической эффективности технологий выращивания сельхозкультур Курганского НИИСХ, на основании которой можно выбрать не только наиболее выгодные культуры, но и технологии их выращивания с учетом севооборотов.

Для групп полей из информационной базы программа выбирает типовые технологические карты, рассчитывает потребность ресурсов, затраты, стоимость продукции и потенциальную прибыль. Если типовые технологии и экономические параметры требуют корректировки, то это осуществляется с помощью

той же программы: пользователь имеет возможность исключать или добавлять другие операции, изменять параметры технологий, урожайность культур.

Контроль выполнения технологий осуществляется с помощью программы «Агромонитор», которая позволяет фиксировать параметры технологических операций (местонахождение агрегата, скорость движения, глубину заделки, норму высева семян и удобрений), а также расход горючего, время и объём выполненной работы и собранной продукции. Данные фиксируются датчиками и передаются с помощью мобильного терминала «Сигнал» по каналу сотовой связи и далее через интернет на сервер баз данных, который может стоять в любом месте, например в офисе предприятия, и, при необходимости, выводятся на электронную карту полей. Далее пользователь через локальную сеть или интернет получает цифровую и визуальную информацию на своём компьютере или смартфоне (телефоне) (рисунок).

Рисунок - Схема передачи данных в программе «Агромонитор»

Выводы. Программный комплекс Курганского НИИСХ - один из вариантов соединения научных знаний с современными геоинформационными технологиями, который позволяет существенно увеличить массив сбора, хранения и анализа информации, повысить скорость проектирования технологий, расчета технологических карт, осуществить оперативный контроль их выполнения и тем самым повысить качество и эффективность управления системой земледелия. В настоящее время комплекс применяется в КФХ Суслова С. А., ОАО «АПО МУЗА», ООО «Агро-клевер» и в Курганском НИИ сельского хозяйства. Комплекс может стать инструментом информационно-консультационной службы.

Список литературы

1 Якушев В. П., Якушев В. В. Информационное обеспечение точного земледелия. - СПб. : Изд-во ПИЯФ РАН, 2007. - 384 с.

2 Методика проектирования базовых элементов адаптивно-ландшафтной системы земледелия. - М. : Рос-сельхозакадемия, 2010. - 85 с.

3 Адаптивно-ландшафтные системы земледелия Новосибирской области / РАСХН. Сиб. отд-ние. СибНИИЗ-Хим. - Новосибирск, 2002. - 388 с.

4 Система адаптивно-ландшафтного земледелия Кур -ганской области : монография. - Куртамыш : ГУП «Курта-мышская типография», 2012. - 494 с.

5 Степных Н. В., Копылова С. А. Экономическая эффективность технологий выращивания зерновых культур в опытах Курганского НИИСХ // Аграрный вестник Урала. - 2013. - № 11. - С. 6-9.