СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РЕАЛИЗАЦИИ МОСТОВЫХ АГРОТЕХНОЛОГИЙ
METHOD AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION OF BRIDGE AGRICULTURAL TECHNOLOGIES

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к автоматизированным системам и устройствам обеспечения технологических процессов в растениеводстве. Эффективность данного класса устройств заключается в обеспечении совокупного агроэкотехнического результата за счет эффективного управления процессами производства агропродукции, взаимоадаптации технологии и окружающей природной среды и, как следствие, в увеличении количественного и улучшении качественного состава агропродукции. Может найти применение в различных регионах страны при производстве агропродукции для комплексной автоматизации технологических процессов возделывания растениеводческой агропродукции в открытом и тепличном полеводстве.
Известны способы и устройства реализации мостовых агротехнологий производства растениеводческой продукции, например система [И.Кузнецов, А.С.Мостовой стан и система поточного мостового земледелия. - Сельские зори, 1990, №2, с.44-45; а.с. СССР №1130186, кл. А01В 49/00, БИ 15.12.88 г.], состоящая из элементов: поточная организация работ по выращиванию растений, уборке урожая, использование мостовых агрегатов с бортовыми вычислительными машинами, датчиками агрофизического и агрохимического анализа и набором навесных орудий челночного, координатного и фронтального действия, телеуправление и контроль за ходом выполнения автоматических программ по участкам и периодам, предусматривающая выполнение технологических операции согласно технологическому регламенту работ в соответствии с технологическими картами сельскохозяйственных культур для климатических и почвенных условий различных регионов. Данный регламент предусматривает полный цикл операций по подготовке поля и обработке растений на всех стадиях их вегетации (посадка растений, уничтожение сорняков, внесение удобрений, полив и т.д.). В агромостовых технологиях эти операции производятся самодвижущейся системой, конструктивно выполненной в виде фермы, для перемещения которой по обрабатываемому угодью предусмотрены ходовые тележки, и оснащенной комплектом рабочих органов для выполнения необходимых технологических операций. Контроль состояния развития растений и качества выполнения технологических процессов производится специалистами (агрономами-технологами) с применением переносных диагностических приборов, датчиков технологических параметров, стационарно смонтированных на контролируемом угодье, либо чисто субъективно, ориентируясь исключительно на профессиональный опыт. Недостатком этих технологий является отсутствие объективных данных о состоянии объекта аграрного производства. По этой причине уровень процесса управления качеством производства агропродукции не достаточно высок. Контроль хода технологического процесса осуществляется в отдельных точках обрабатываемого земельного угодья. По усредненным показателям датчиков в этих точках вырабатываются управляющие воздействия. Эти данные характеризуют только условия реализации агропроцессов и не несут информации о текущих состояниях растений. Однако отдельные зоны угодья или отдельные объекты аграрного производства могут характеризоваться индивидуальными характеристиками и требовать выполнения дополнительных технологических операций. Если это не сделать, не достигается возможная для данной технологии и культуры урожайность, снижается качества конечного продукта.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества технологических процессов, увеличение объемов получаемой продукции.
В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается качество реализуемых технологических процессов производства растениеводческой продукции, возрастают объемы производства.
Вышеуказанный результат достигается тем, что предлагаемый способ реализации мостовых агротехнологий, включающий последовательно-сканирующий аппаратный мониторинг обрабатываемого угодья, а именно определение климатических параметров и параметров технологических процессов, включает при выполнении технологических операций непрерывный видеоконтроль за всеми участками обрабатываемого угодья, при этом определяют трехмерные координаты объектов аграрного производства, кроме этого оценивают стадию развития и технологические параметры состояния объектов аграрного производства, при этом результаты видеонаблюдения сравниваются с тестовой базой эталона развития объектов аграрного производства, причем, если в результате видеонаблюдения устанавливают, что технологические параметры какого-либо объекта аграрного производства не соответствуют требованиям технологического процесса, выполняют дополнительные технологические операции, не предусмотренные основным регламентом технологического процесса, для устранения отклонений от технологического процесса, причем рабочие органы агромостового агрегата при выполнении технологических операций обязательного регламента работ и дополнительных позиционируют для каждого объекта аграрного производства или его зоны, а именно цветок, плод, стебель, лист, индивидуально с учетом трехмерных координат, определенных при видеонаблюдении обрабатываемого угодья, и наиболее рационально с точки зрения выполнения конкретной технологической операции на конкретном объекте аграрного производства, а именно на необходимой высоте, под необходимым углом, в необходимом месте.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для реализации мостовых агротехнологий, состоящее из агромостового агрегата и системы управления им, содержит видеокамеры глобального наблюдения и видеокамеры локального наблюдения, платы видеозахвата, блок обработки изображений, блок тестовой базы эталона развития объектов аграрного производства, блок сравнения, блок настройки положения рабочих органов в трехмерных координатах, при этом видеокамеры глобального наблюдения установлены в положениях, подходящих для полного обзора конкретного участка обрабатываемого угодья, а видеокамеры локального наблюдения установлены на движущейся ферме агромостового агрегата, при этом выходы видеокамер локального и глобального наблюдения подключены к отдельным входам системы управления агромостового агрегата.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2.
На фиг.1, 2 приведены схемы, описывающие состав устройства реализации мостовых агротехнологий.
На фиг.1 показано расположение элементов устройства реализации мостовых агротехнологий, на фиг.2 - структурная схема системы управления.
Способ реализуется следующим образом. В период возделывания растений, с момента появления всходов до сбора урожая осуществляют видеосканирование обрабатываемого угодья. Для этого с интервалами времени 3 часа производят дальнее (грубое) трехмерное фотографирование объектов аграрного производства. Затем осуществляют оцифровку и обработку полученных изображений. При этом оценивают состояние развития растений, а именно стадию вегетации, состояние стебля, листвы, цветов, плодов, их размеры, цвет. После этого производят сравнивание полученных характеристик с характеристиками процесса по тестовой базой эталона развития объектов аграрного производства. Если в результате видеонаблюдения устанавливается, что технологические параметры какого-либо объекта аграрного производства или зоны обрабатываемого земельного угодья не соответствуют требованиям технологического процесса, выполняют дополнительные технологические операции, не предусмотренные регламентом технологического процесса, для устранения отклонений от технологического процесса. Объект или зона воздействия при выполнении дополнительных технологических операций определяют по результатам сравнения. При этом рабочие органы агромостового агрегата при выполнении технологических операций обязательного регламента работ и дополнительных при необходимости позиционируются прецизионно для каждого объекта аграрного производства индивидуально с учетом трехмерных координат, определенных при ближнем (точном) видеонаблюдении обрабатываемого угодья. При этом рабочие органы располагаются в необходимой зоне воздействия локально, под необходимым углом, на нужном расстоянии от места воздействия (обработка цветов, плодов, листвы, стеблей). Перечень дополнительных технологических операций (например, полив, внесение минеральных удобрений в корневую систему отдельных объектов аграрного производства, изменение освещенности и др.) определяется оператором-технологом.
В состав устройства входят технологические датчики 1 агрохимического и агрофизического состояний (температуры и влажности воздуха, температуры и влажности почвы, интенсивности солнечного излучения, минерального состава почвы в зоне корневых систем растений), расположенные стационарно на участках 2,3,4 обрабатываемого угодья, агромостовой агрегат, состоящий из фермы 5, каретки 6 с рабочими органами 7, ходовых тележек 8, средств видеосканирования и фотографирования - камер 9 локального наблюдения и камер 10 глобального наблюдения. В состав системы управления 11 входят платы видеозахвата 12, 13, блок обработки изображений 14, блок тестовой базой эталона развития объектов аграрного производства 15, блок сравнения 16, блок технологического регламента 17, блок управления 18, блок настройки положения рабочих органов в трехмерных координатах 19. При этом выход видеокамеры камеры 9 локального наблюдения соединен с входом платы видеозахвата 12, выход видеокамеры камеры 10 глобального наблюдения соединен с входом платы видеозахвата 13, выходы плат видеозахвата 12, 13 соединены соответственно с первым и вторым входами блока обработки изображений 14, выход которого соединен с первым входом блока сравнения 16, ко второму входу которого подключен выход блока тестовой базой эталона развития объектов аграрного производства 15. Выходы блока сравнения 16, блока технологического регламента 17 и технологических датчиков 1 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока управления 18, первый выход которого подключен к входу блока настройки положения рабочих органов в трехмерных координатах 19, второй - к приводу движения ходовых тележек 8, а третий - к приводу движения каретки 6. Выход блока настройки положения рабочих органов в трехмерных координатах 19 подключен к входу привода рабочих органов 7. Количество камер 10 глобального наблюдения определяется размерами обрабатываемого участка и параметрами установки этих камер исходя из возможности полного обзора данного участка обрабатываемого угодья. Устройство работает следующим образом.
Камеры 10 глобального наблюдения осуществляют видеообзор заданного участка обрабатываемого угодья. Сигналы с камер 10 глобального наблюдения поступают на блок видеозахвата 13. Затем обработанные данные камер 10 глобального наблюдения поступают в блок сравнения 16, где сравниваются с данными блока тестовой базой эталона развития объектов аграрного производства 15. Если текущие технологические характеристика выполняемого процесса (стадия развития, размеры, цвет плодов, листьев, стеблей объектов аграрного производства) соответствуют требуемым, система продолжает видеоконтроль этих параметров и работу в штатном режиме, определяемом основным регламентом технологического процесса. При отклонениях текущих технологических характеристик выполняемого процесса от требуемых для локальных зон, где зафиксированы эти отклонения, по результатам грубого видеонаблюдения определяется, в чем состоит несоответствие параметров технологического процесса требуемым параметрам, и системой управления 18 выдаются команды приводу движения ходовых тележек 8 и приводу движения каретки 6 на перемещение рабочих органов 7 в локальную зону, где технологические параметры процесса не соответствуют требуемым. Точное позиционирование рабочих органов на зону участка обрабатываемого угодья или фрагмент объекта аграрного производства (плод, стебель, лист) производится по данным видеокамеры камеры 9 локального наблюдения. После установки рабочего в необходимую позицию система управления 18 вырабатывает управляющие сигналы, необходимые для обеспечения устранения зафиксированных отклонений параметров технологического режима от требуемых.
Практическое использование предлагаемого способа рассмотрим на примере процессов выращивания томатов. Данный агропроцесс предполагает создание необходимых температурно-климатических условий возделывания томатов, выполнение операций подачи растениям питательных растворов и удобрений, уничтожение сорняков, вредителей и др. Все эти работы производят в рамках регламента технологического процесса. Тем не менее в отдельных зонах или участках возделываемого угодья возникают отклонения характеристик растений для определенных стадий их вегетации от требуемых по технологическим нормам, например рост и(или) цветение на отдельных растениях или в отдельных зонах запаздывают, отстает развитие плодов или др. При выполнении предлагаемого способа реализации мостовых агротехнологий определяют депрессивные растения или сообщества растений. Способ предусматривает детальное исследование растений в трех плоскостях с помощью видеокамер. Для депрессивных растений сравнением полученных видеообразов с заложенными в тестовой базе эталона развития аграрного производства устанавливают и определяют причину ухудшения технологических характеристик растения и конкретизируют мероприятия по устранению этих причин. Например, ежедневный прирост саженцев томатов должен быть не менее 3-5 см в первые 10 дней после их высадки и 2-3 см в следующие 10 дней. Система выявила, что причиной отставания роста саженцев является недостаток минерального корневого питания в данной зоне обрабатываемого угодья. Дополнительное внесение питательных растворов должно быть произведено для конкретных растений или конкретного участка. На стадии плодоношения томатов основное внимание уделяется контролю размера плодов. При этом выполняется детальный видеообзор плодов. Полученные данные видеообразов плодов могут быть использованы также для выборочного сбора созревших томатов.
Предлагаемые способ и устройство реализации мостовых агротехнологий позволяет непрерывно оценивать качество выполняемых технологических процессов и при необходимости оперативно воздействовать на ход технологического процесса для повышения его качества, а также увеличения продуктивности объектов аграрного производства.