Устройство и способ беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах
DEVICE AND METHOD OF UNMANNED AERIAL TECHNOLOGY CONTROL OF AGRICULTURAL OBJECTS IN ECOSYSTEMS

Изобретение относится к области полевого растениеводства и может быть использовано при производстве сельхозпродукции.
Известны способ и устройство управления агрообъектами, предусматривающие для оценки состояния и потенциала плодородия почвы, получения информации о состоянии посевов и почвы при возделывании агрокультур, использование данных аэрофотосъемки агроугодий и забор проб почвы в различных частях угодья (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). Известны способ и устройство управления агрообъектами, 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 сельхозугодья 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 остается прежней или уменьшается из-за влияния агрокультур зон депрессивного развития на агрокультуры в других зонах. При этом общая эффективность технологических процессов на сельхозугодье возрастает незначительно, а материальные затраты и затраты технологических и энергетических ресурсов высоки.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению относится способ и устройство автоматического управления агрообъектами, включающие ускорение развития агрокультуры в зонах депрессивного развития и зонах удовлетворительного развития за счет выполнения специализированными рабочими машинами технологических воздействий на агрокультуры в зонах опережающего развития. Кроме этого на сельхозугодьях создают зоны опережающего развития агрокультур, которые сопрягают с зонами депрессивного и удовлетворительного развития агрокультур, а негативное влияние кооперативного биоинформационного взаимодействия агрокультур зон депрессивного развития на агрокультуры в пограничных зонах опережающего и удовлетворительного развития ослабляют, ограничивая миграцию зон депрессивного развития по сельхозугодью. Известное в устройство автоматического управления агрообъектами содержит лабораторно-управляющий комплекс, модуль визуального контроля состояния агрокультур на сельхозугодье, блок передачи информации, беспилотный летающий аппарат с размещенными на его борту рабочими органами, наземные технологические рабочие агрегаты (Патент РФ 2617340).
Недостатком известного технического решения является не учет в реализации управления агрообъектами постоянного изменения характеристик агрокультур в зонах сельхозугодья. Выполнение стимулирующих воздействий на агрокультуры осуществляют после однократной оценки их параметров тем же техническим средством (беспилотный летательный аппарат), с помощью которого производилась эта оценка. В период выполнения воздействий на агрокультуру в одной из зон сельхозугодья характеристики агрокультуры в других зонах сельхозугодья непрерывно меняются, а при переходе на другие зоны агроугодья управления не корректируются. При этом общая эффективность технологических процессов и урожайность агрокультуры возрастают незначительно, материальные, временные, технологические и энергетические ресурсы в агропроцессах завышены и используются неэффектно.
Анализ уровня техники показал, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала технических средств для эффективного производства сельхозпродукции.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности, оперативности и сокращение стоимости процессов возделывания агрокультур, при увеличении производительности агрообъектов.
В результате использования предлагаемого изобретения стимулирующие кооперативные биоинформационные влияния агрокультур в разных зонах агрообъекта осуществляют параллельно одновременно и взаимосвязанно во всех зонах экосистемы специализированными рабочими органами с учетом динамики изменения характеристик агрокультур весь период их развития. При этом общая эффективность управления экосистемой увеличивается за счет повышение урожайности агрокультуры, уменьшаются затраты материально-технических ресурсов на выполнение процессов, а значительная часть технологических процессов осуществляют параллельно и одновременно беспилотными летательными аппаратами путем группового аддитивно-перемежающего воздействия на депрессивные и продуктивные зоны развития растений, обнаруженные в результате мониторинга сельскохозяйственного угодья.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что при реализации предлагаемого способа беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах, включающий мониторинг территории размещения агрообъекта в экосистеме, выполнение технологических воздействий на агрообъект осуществляют взаимосвязанно путем группового аддитивно-перемежающего воздействия на депрессивные и продуктивные зоны развития агрообъекта, с учетом изменения характеристик агрообъекта весь период его развития, при этом значительную часть технологических процессов, при необходимости, осуществляют параллельно-последовательно и одновременно несколькими специализированными рабочими органами специализированных машин (беспилотных летательных аппаратов), причем при изменении характеристик агрообъекта выполняют корректировку управления, а именно, при ухудшении характеристик агрообъекта усиливают стимулирующее воздействие на зону его размещения, при повышении характеристик агрообъекта ослабляют стимулирующее воздействие на зону его размещения.
Технический результат достигается также тем, что в устройство беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах, включающее лабораторно-управляющий комплекс, модуль визуального контроля состояния агрообъекта в экосистеме, блок передачи информации, беспилотный летающий аппарат, наземные технологические рабочие агрегаты, введен второй беспилотный летающий аппарат, оснащенный средствами технического зрения, третий беспилотный летающий аппарат, оснащенный рабочим органом для внесения гормональных препаратов и/или лазером, причем информационные входы второго беспилотного летающего аппарата, оснащенного средствами технического зрения, первого и третьего беспилотных летающих аппаратов, оснащенных рабочим органом для внесения гормональных препаратов, лазером, через блок передачи информации соединены с лабораторно-управляющим комплексом.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:
1. В ходе реализации беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах непрерывно осуществляют мониторинг территории размещения агрообъекта в экосистеме весь период роста и развития агрообъекта.
2. По видеоизображениям агрообъекта, а именно, цветовым характеристикам агрообъекта и/или анатомо-морфологическим признакам его фрагментов территорию размещения агрообъекта разбивают на зоны, а именно, зоны депрессивного развития, зоны удовлетворительного развития, зоны опережающего развития.
3. Изменения расположения зон на территории размещения агрообъекта в экосистеме, изменения анатомо-морфологических признаков агрообъекта в ходе мониторинга территории размещения агрообъекта в экосистеме фиксируют.
4. Специализированными рабочими машинами выполняют технологические воздействия на агрообъект в различных зонах территории экосистемы согласно технологическому регламенту возделывания конкретного агрообъекта в конкретных почвенно-климатических условиях.
5. Оперативно с учетом реакции агрообъекта на фактические условия реализации технологических процессов его возделывания специализированными рабочими машинами выполняют дополнительные технологические воздействия на агрообъект в различных зонах территории экосистемы, ускоряющие его развитие. Эти воздействия выполняют взаимосвязанно, параллельно и одновременно путем группового аддитивно-перемежающего воздействия на депрессивные и продуктивные зоны развития агрообъекта с учетом изменения характеристик агрообъекта весь период его развития, причем при изменении характеристик агрообъекта выполняют корректировку управления, а именно, при ухудшении характеристик агрообъекта в усиливают стимулирующее воздействие на зону его размещения, при повышении характеристик агрообъекта ослабляют стимулирующее воздействие на зону его размещения.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена общая схема устройства.
Устройство беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах функционирует на территории размещения экосистемы 1 и включает лабораторно-управляющий комплекс 2, блок передачи информации 3, модуль визуального контроля состояния агрообъекта в экосистеме 4, беспилотный летающий аппарат 5, оснащенный модулем визуального контроля состояния агрообъекта в экосистеме 4, беспилотные летающие аппараты 6, оснащенные рабочим органом для внесения гормональных препаратов и/или лазером, наземные технологические рабочие агрегаты 7. На территории размещения экосистемы 1 показаны зоны опережающего развития 8, зоны удовлетворительного развития 9, зоны депрессивного развития 10.
Модуль визуального контроля состояния агрообъекта в экосистеме 4, лабораторно-управляющий комплекс 2, беспилотный летающий аппарат 5, оснащенный модулем визуального контроля состояния агрообъекта в экосистеме 4, беспилотные летающие аппараты 6, оснащенные рабочим органом для внесения гормональных препаратов и/или лазером и наземные технологические рабочие агрегаты 7 связаны между собой через блок передачи информации 3.
Устройство работает следующим образом.
В ходе реализации беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах беспилотный летающий аппарат, оснащенный средствами технического зрения 5, непрерывно осуществляет облет весь период роста и развития агрообъекта. Полученные при этом видеоизображения агрокультуры с помощью блоков передачи информации 3 передают в лабораторно-управляющий комплекс 2. Кроме этого беспилотный летающий аппарат, оснащенный модулем визуального контроля состояния агрообъекта в экосистеме 5 доставляет в лабораторно-управляющий комплекс 2 фрагменты агрокультуры и пробы почвы.
Лабораторно-управляющий комплекс 2 по видеоизображениям агрокультур, результатам анализа характеристик фрагментов агрокультуры и проб почвы сравнивает различные участки территории размещения экосистемы 1. По результатам сравнения территорию размещения экосистемы 1 разбивают на зоны, а именно, зоны опережающего развития зоны 8, зоны удовлетворительного развития 9, депрессивного развития 10. 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 агрообъекта, 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 агрообъекта на депрессивных зонах 10 территории размещения агрообъекта в экосистеме 1 с использованием рабочих органов технологических рабочих агрегатов 7.
Согласно технологическому регламенту возделывания конкретного агрообъекта в конкретных почвенно-климатических условиях наземные технологические рабочие агрегаты 7 выполняют технологические воздействия на агрообъект в зонах депрессивного развития 10, зонах удовлетворительного развития 9, зонах опережающего развития 8 на территории размещения агрообъекта в экосистеме 1.
При дальнейшем мониторинге территории размещения экосистемы 1 изменения расположения зон депрессивного развития 10, зон удовлетворительного развития 9, зон опережающего развития 8 на территории размещения агрообъекта в экосистеме 1, изменения анатомо-морфологических признаков агрообъекта в ходе мониторинга территории размещения агрообъекта в экосистеме 1 фиксируют беспилотным летающим аппаратом, оснащенным средствами технического зрения 5 и передают в лабораторно-управляющий комплекс 2.
При возникновении изменений зон размещения агрообъекта, изменений анатомо-морфологических признаков агрообъекта управляющие воздействия на агрообъект корректируют. При этом также корректируют значения и характер управляемых воздействий на агрообъект, а также, при необходимости, изменяют места воздействия на агрообъект. Причем для усиления положительного электрофизического и биохимического влияния кооперативного биоинформационного взаимодействия между особями агрообъекта (интерференции влияний отдельных растений друг на друга) зон опережающего развития на развитие агрообъекта в зонах депрессивного развития и зонах удовлетворительного развития стимулируют интенсивность развития агрообъекта в зонах опережающего развития и изменяют геннофенотипический потенциал агрообъекта за счет использования гормональных препаратов, лазерного облучения. При этом усиление развитие агрообъекта в сопрягаемых с зонах опережающего развития депрессивных зонах и зонах удовлетворительного развития выполняют без дополнительных в этих зонах только за счет стимуляции интенсивности развития агрообъекта. Причем при изменении характеристик агрообъекта выполняют корректировку управления, а именно, при ухудшении характеристик агрообъекта в усиливают стимулирующее воздействие на зону его размещения, при повышении характеристик агрообъекта ослабляют стимулирующее воздействие на зону его размещения.
Оперативно с учетом фактических условий реализации технологических процессов возделывания агрообъекта выполняют дополнительные технологические воздействия на агрообъект в различных зонах территории размещения агрообъекта в экосистеме 1, ускоряющие его развитие. Дополнительные технологические воздействия на агрообъект производят с использованием беспилотных летающих аппаратов, оснащенные рабочим органом для внесения гормональных препаратов, лазером 6 с учетом миграции зон депрессивного развития 10, зон удовлетворительного развития 9, зон опережающего развития 8 на территории размещения агрообъекта в экосистеме 1, изменения анатомо-морфологических признаков агрообъекта. Эти воздействия выполняют взаимосвязанно, параллельно и одновременно путем группового аддитивно-перемежающего воздействия на депрессивные и продуктивные зоны развития агрообъекта с учетом изменения характеристик агрообъекта весь период его развития. Причем при изменении характеристик агрообъекта выполняют корректировку управления, с целью реализовать воздействие, стимулирующее развитие и продуктивность агрообъекта.
Применение способа и устройства беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах иллюстрируется на примере выращивания агрообъекта «помидор» в полевых условиях. Для этого агрообъекта 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 выполнения технологических воздействий на агрообъект с учетом изменения его параметров весь период вегетации увеличивает урожайность агрообъекта на 2-3% во всех зонах. При полевом возделывания огурца по способу управляемых зон с учетом динамики изменения параметров агрообъекта весь период его вегетации 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%.
При использовании предлагаемых способа и устройства снижение урожая исключено. Более того, при выполнении агропроцессов экономится до 10% материальных и трудовых ресурсов.