УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ СЫПУЧИХ АГРОХИМИКАТОВ

2
1. Устройство для дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, включающее в себя механизм подачи агрохимикатов для регулирования расхода при помощи управляющего механизма с приводом от шагового электродвигателя, управляемого через бортовой компьютер, отличающееся тем, что оно содержит число рабочих органов равное числу обслуживаемых элементарных участков поля, размеры которых составляют 1,5-2,0 м, причем рабочие органы устройства оборудованы индивидуальными объемными и весовыми дозаторами сыпучих агрохимикатов с индивидуальными регуляторами доз, при этом объемные дозаторы выполнены в виде шаговых двигателей с внешним ротором в виде зубчатых венцов для дозированной подачи агрохимиката, снизу которых закреплены тройники, на выходе которых установлены весовые дозаторы, выполненные в виде поворотных управляемых весочувствительных заслонок, а боковые входы тройников соединены с воздухопроводами, оборудованными запорными электромагнитными клапанами, при этом сигнальные выходы весочувствительных заслонок соединены с первыми входами регуляторов доз, вторые входы которых соединены с выходами блоков определения заданных доз, входы которых соединены с сигнальными выходами оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, а выходы регуляторов доз соединены с управляющими входами шаговых двигателей и поворотными механизмами весочувствительных заслонок и запорных клапанов воздухопроводов.
2. Способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, включающий в себя операции по формированию заданной дозы агрохимикатов и внесению ее путем автоматического регулирования расхода рабочих органов, отличающийся тем, что для каждого элементарного участка поля предварительно формируют заданные дозы для локальных дозаторов рабочих органов, при этом сначала определяют среднюю по полю дозу внесения агрохимиката, для чего по картам фактического урожая, полученного в истекшем году для известных условий, посредством математической модели, отражающей потери урожая от отклонения от оптимального значения параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, оценивают среднее значение этого параметра, которое принимают в качестве начального значения для его прогнозирования на последующие годы используемого севооборота, среднюю по полю дозу внесения агрохимиката на каждый год севооборота определяют путем минимизации прогнозируемых потерь урожая в среднем по полю по всем культурам севооборота и затрат на внесение сыпучего агрохимиката пролонгированного действия, для чего используют математические модели, отражающие потери урожая от отклонения от оптимального значения параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, для всех культур севооборота, и динамическую модель параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, полученную оптимальную среднюю по полю дозу внесения агрохимиката для первого года севооборота корректируют в реальном времени по оптической мультиспектральной информации о локальном состоянии посева и почвенной среды, и используют в качестве локального задания для регуляторов доз для каждого элементарного участка поля, по истечении первого года севооборота последовательность операций по определению средних по полю доз внесения агрохимиката повторяют, принимая значения параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом и полученным в конце первого года, в качестве начального значения для прогнозирования на оставшиеся годы севооборота.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что математические модели, отражающие потери урожая от отклонения от оптимального значения параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, для всех культур севооборота имеют следующий вид для j-той культуры:
<mrow><msub><mrow><mtext>Δu</mtext></mrow><mtext>j</mtext></msub><mtext>(k,T)</mtext><mo>=</mo><msub><mrow><mtext>(U</mtext></mrow><mtext>j</mtext></msub><mtext>(F)</mtext><mo>−</mo><msub><mtext>u</mtext><mtext>j</mtext></msub><mtext>(k,T))</mtext><mo>=</mo><msub><mtext>p</mtext><mrow><mtext>1j</mtext></mrow></msub><mtext>(k*</mtext><mo>−</mo><mtext>k(T))</mtext><mo>+</mo><msub><mtext>p</mtext><mrow><mtext>2j</mtext></mrow></msub><msup><mrow><mtext>(k*</mtext><mo>−</mo><mtext>k(T))</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msup><mo>+</mo><msub><mtext>ξ</mtext><mtext>j</mtext></msub><mtext>(T)</mtext></mrow>
,
<mrow><msub><mi>U</mi><mi>j</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>F</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msup><mi>B</mi><mi>T</mi></msup><mi>F</mi></mrow>
,
*
1
2
u
1
3
4
5
где: Δu(k,T)- величина снижения урожая в T-ом году, по отношению с потенциальным уровнем U(F), для вектора заданных условий F и оптимального уровня кислотности k=6,5; B - вектор параметров модели потенциального урожая; k(T) - показатель кислотности почвы в T-ом году, u(k,T) - прогнозируемый урожай для T-ого года; p, p - параметры модели; ξ(T) - ошибка моделирования, представляющая собой случайную величину с нулевым средним и дисперсией d, т - индекс транспонирования векторов и матриц; компонентами вектора заданных условий F являются: f - сумма активных температур за истекший сезон, °C; сумма выпавших осадков, мм; f - среднегодовое содержание доступного азота в почве, г/кг; f - среднегодовое содержание доступного калия в почве, г/кг; f - среднегодовое содержание доступного фосфора в почве, г/кг.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что динамическая модель параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, имеет следующий вид:
k(T+1)=ak(T)+bd(T)+cw(T)+ζ(T),
k
где: k(T+1), k(T) - параметр состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом для (T+1)-го и (T)-го годов; d(T) - доза внесения мелиоранта на единицу площади в T-ом году; w(T) - среднемесячное количество осадков в T-ом году; a, b, c - параметры модели; ζ(T) - ошибка моделирования, представляющая собой случайную величину с нулевым средним и дисперсией d.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что оптимизацию доз внесения осуществляют по критерию оптимальности следующего вида:
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><mi>M</mi><mo>{</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><mo stretchy="false">[</mo><mfrac><mi>g</mi><mi>N</mi></mfrac><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>k</mi><mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mo>*</mo></mstyle></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mi>k</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mi>u</mi></msub><mi>Δ</mi><mi>u</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>T</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mi>d</mi></msub><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo></mrow></mstyle><mo>}</mo><munder><mo>→</mo><mrow><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub><mo>≤</mo><mi>d</mi><mo>≤</mo><msub><mi>D</mi><mn>2</mn></msub></mrow></munder><mi>min</mi></mrow>
,
u
d
1
2
где: M - математическое ожидание во временной области, c c - цены на единицу урожая и единицу массы мелиоранта, D, D - ограничения на максимальную и минимальную величину дозы внесения в одном году, g - весовой множитель, являющийся дополнительным внутренним (алгоритмическим) фактором оптимизации и выбираемый в программе управления автоматически, исходя из максимизации чистого дохода от известкования.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что коррекцию средней по полю дозы внесения агрохимиката осуществляют по сигналам оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды 23 по следующему закону
<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>n</mi><mo>*</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>n</mi><mo>*</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mi>b</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>e</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>e</mi><mi>i</mi><mo>*</mo></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>n</mi><mo>*</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>n</mi><mo>*</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>e</mi><mi>i</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
i
где:
- оптимальная доза внесения агрохимиката на i-том элементарном участке поля,
- оптимальная доза внесения агрохимиката, средняя по площади поля, e - сигнал оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды на i-том элементарном участке поля,
- среднее значение сигналов оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, b - параметр регулятора.