Розвиток ресурсозберігаючих технологій в сільському господарстві дозволить галузі вийти на якісно новий рівень виробництва, який дозволить (при певних змінах в політиці держави, що підтримують сільське господарство) сільгоспвиробникам конкурувати з іноземними підприємствами.
Одним з базових елементів ресурсозберігаючих технологій в сільському господарстві є "точне землеробство" (або як його іноді називають "прецизійне землеробство" - precision agriculture). Точне землеробство - це управління продуктивністю посівів c урахуванням середині підлоги варіабельності довкілля рослин. Умовно кажучи, це оптимальне управління для кожного квадратного метра поля. Метою такого управління є отримання максимального прибутку за умови оптимізації сільськогосподарського виробництва, економії господарських і природних ресурсів. При цьому відкриваються реальні можливості виробництва якісної продукції та збереження навколишнього середовища.
Такий підхід, як показує міжнародний досвід, забезпечує набагато більший економічний ефект і, найголовніше, дозволяє підвищити відтворення ґрунтової родючості і рівень екологічної чистоти сільськогосподарської продукції.
В даний час зростання цін на насіння, мінеральні добрива, засоби захисту рослин, техніку та інші засоби виробництва в сільському господарстві призводить до необхідності підвищувати ефективність їх використання.
Перед керівниками і спеціалістами сільського господарства стоїть завдання підвищення рівня менеджменту, як важливого фактора для досягнення результативного господарювання. Поставлену задачу вирішує новий напрямок під назвою точне (прецизионное) землеробство, яке в даний час набуває все більшого поширення в багатьох країнах.
Точне землеробство – це комплексна високотехнологічна система сільськогосподарського менеджменту, що включає в себе технології глобального позиціонування (GPS), географічні інформаційні системи (GIS), технології оцінки врожайності (Yield Monitor Technologies), технологію змінного нормування (Variable Rate Technology) і технології дистанційного зондування землі (ДЗЗ).
Суть точного землеробства в тому, що обробка полів проводиться в залежності від реальних потреб вирощуваних в даному місці культур. Ці потреби визначаються за допомогою сучасних інформаційних технологій, включаючи космічну зйомку. При цьому кошти обробки диференціюються в межах різних ділянок поля, даючи максимальний ефект при мінімальному збиток навколишньому середовищу і зниженні загальної витрати застосовуваних речовин. Найбільш важливим питанням, рішенням останнім часом в європейських країнах, було знаходження оптимального рівня використання добрив і хімікатів в рослинництві, а також визначення доз їх внесення, що виключають негативний вплив на грунт, рослини і навколишнє середовище.
Накопичення статистики обробки (куди і скільки внесли кожного речовини) і одержуваних результатів (врожайність) дозволяє застосовувати різні види аналізу з тим, щоб в подальшому коригувати застосовуються дози для отримання максимуму віддачі на кожен вкладений в обробку грошову одиницю.
У навколоземному просторі розгорнута мережа штучних супутників Землі (ШСЗ), рівномірно “покривають” всю земну поверхню. Орбіти ШСЗ визначаються з дуже високою точністю, тому в будь-який момент часу відомі координати кожного супутника. Радіопередавачі супутників безперервно випромінюють сигнали в напрямку Землі. Ці сигнали приймаються GPS-приймачем, що знаходиться в деякій точці земної поверхні, координати якої потрібно визначити.
Для визначення місця розташування точки потрібно знати три координати (плоскі координати X, Y і висоту H), отже, в приймальнику повинні бути виміряні відстані до трьох різних ШСЗ). При такому методі радіонавігації (він називається беззапитним) точне визначення часу поширення сигналу можливо лише при наявності синхронізації тимчасових шкал супутника і приймача.
У зв'язку з цим, до складу апаратури ШСЗ і приймача входять еталонні годинник (стандарти частоти), точність яких виключно висока (довготривала відносна стабільність частоти забезпечується на рівні 10-13 - 10-15 за добу). Бортові годинник всіх ШСЗ синхронізовані і прив'язані до так званого “системному часу”.
Еталон часу GPS- приймача менш точний, щоб надмірно не підвищувати його вартість. Цей еталон повинен забезпечувати тільки короткочасну стабільність частоти - протягом процедури вимірювань.
На практиці в вимірах часу завжди присутня помилка, обумовлена розбіжністю шкал часу ШСЗ і приймача. З цієї причини в приймальнику обчислюється спотворене значення дальності до супутника або “псевдодальностей”. Вимірювання відстаней до всіх ШСЗ, з якими в даний момент працює приймач, відбувається одночасно.
Отже, для всіх вимірювань величину тимчасової невідповідності можна вважати постійною. З математичної точки зору це еквівалентно тому, що невідомими є не тільки координати X, Y і H, але і поправка годинника приймача D t. Для їх визначення необхідно виконати вимірювання псевдодальностей не до трьох, а до чотирьох супутників.
В результаті обробки цих вимірювань в приймальнику обчислюються координати (X, Y і H) і точний час. Якщо приймач встановлений на об'єкті, що рухається і поряд з псевдодальністю вимірює доплеровскі зрушення частот радіосигналів, то може бути обчислена і швидкість об'єкта. Таким чином, для виконання необхідних навігаційних визначень має бути забезпечено постійну видимість з неї, як мінімум, п'яти супутників. Після повного розгортання сузір'я ШСЗ в будь-якій точці Землі можуть бути видні від 5 до 12 супутників в довільний момент часу. Сучасні GPS-приймачі мають до 12 каналів, тобто можуть одночасно приймати сигнали від такої кількості ШСЗ. Надлишкові вимірювання (понад п'яти) дозволяють підвищити точність визначення координат і забезпечити безперервність рішення навігаційної завдання.
Суть якісно нової системи землеробства, яке на Заході отримало назву точного (або прецизійного), полягає в тому, що для отримання з даного поля (масиву) максимальної кількості якісної і найбільш дешевої продукції для всіх рослин цього масиву створюються однакові умови зростання і розвитку без порушення норм екологічної безпеки. Точне землеробство впроваджується шляхом поступового освоєння якісно нових агротехнологій на основі принципово нових, високоефективних та екологічно безпечних технічних і агрохімічних засобів.
Вчені та конструктори розуміли, що система точного землеробства повинна базуватися на останніх досягненнях електроніки. Однак випробування вже перших експериментальних зразків показали, що складні і дорогі електронні прилади не пристосовані для польових умов, які характеризуються підвищеними запиленістю і вологістю середовища, вимагають висококваліфікованого обслуговування і ремонту при дефіциті запчастин. Але дуже скоро були створені адаптовані до с.-г. умовами мікропроцесори, електронні, фотоелектричні, ємкісні, електромагнітні, п'єзоелектричні, електромеханічні та інші датчики, а також електронні прилади.
Першими вагомими результатами у використанні електронних пристроїв на с.-г. техніці були розробники машин для захисту рослин. Наприклад, обприскувач Hydroelectron фірми Tecnoma, який отримав золоту медаль на міжнародній виставці SIMA-1976 Парижі, був обладнаний електронним регулятором подачі розчину пропорційно швидкості руху агрегату. Аналогічну машину розробила англійська фірма Agmet. У порівнянні з використовуваними в країнах СНД аналогами в них підтримується постійна в одиницю часу витрата розчину, а норма його внесення на 1 га значно варіюється при кожному перемиканні передачі, зміні частоти обертання двигуна і буксовании коліс, що забезпечує економію до 20% отрутохімікатів. А це не тільки економічний, але і екологічний ефект.
Складніше вирішувалися питання точного висіву насіння зернових колосових культур. Експериментальні зразки таких сівалок були показані на міжнародній виставці в Мюнхені в 1982 р, а серійна машина з електронним регулятором висіву фірми Blanchot з'явилася лише через три роки і була відзначена на паризькій виставці SIMA-1985. Фірма Rider (Німеччина) пішла ще далі, створивши сівалку Saxonia, яка забезпечує задані не тільки відстань між насінням в рядку, а й глибину їх загортання.
Значних успіхів в електронізації с.-г. техніки досягли фірми Amazone, Diadem, Rotina, Lely і ін. В машинах відцентрового типу вони домоглися незалежності дози внесення добрив на 1 га від швидкості агрегату. Крім того, частота обертання дисків що розсіюють і фактична доза добрив, що вносяться на 1 га, постійно висвічуються на моніторі, причому останню тракторист може змінювати зі свого робочого місця.
Застосування Електрон прістроїв дало можлівість значний (до ±15%) знизити нерівномірність Внесення добрив.
У 1986 р в результаті тісної співпраці фірм — виробників тракторів і сільгоспмашин було визнано раціональним багатоканальний мікропроцесор встановлювати на тракторі, а на машинах використовувати лише уніфіковані датчики.
Причому мікропроцесор не тільки контролює і регулює технологічні параметри, але і показує фактичну робочу швидкість агрегату, обсяг виконаної роботи, параметри двигуна і питома витрата палива.
Для об'єднання зусиль по розробці та освоєнню в с.г. виробництві електронних систем в 1992 році країни ЄС прийняли план, який передбачає прискорене фінансування з бюджету ЄС перспективних напрямків автоматизації та комп'ютеризації с.г. техніки. В даний час до цієї роботи приєдналися Угорщина, Чехія, Словенія та Естонія. Причому в створенні якісно нових, високоточних і високопродуктивних машин західноєвропейські країни значно обійшли США і Канаду.
Завдяки використанню високоточної техніки в країнах з розвиненим землеробством вдалося підняти врожайність зернових культур до 90 ц/га і отримати вагомий прибуток. Разом з тим було відмічено, що строкатість врожайності на полях, оброблених цією технікою, хоча і значно зменшилася, але все-таки збереглася. Отже, таке землеробство ще не відповідає критеріям точного. Агрохімічний аналіз грунту, взятої на ділянках з різною врожайністю, показав, що за вмістом азоту, фосфору і калію вони істотно розрізняються, хоча мінеральні добрива вносилися з високою рівномірністю. Причина цього явища в тому, що рослини харчуються не тільки речовинами, що вносяться в грунт при вирощуванні даної культури, а й тими, що накопичилися в ній. Тому добрива потрібно вносити в грунт диференційовано в залежності від кількості раніше накопичених в ній основних поживних речовин.
Однак впровадження такої технології з використанням існуючих технічних засобів пов'язано з великими трудовими і фінансовими витратами. У зв'язку з цим в різних країнах почали розробляти способи і засоби для спрощення і зниження вартості агрохімічного аналізу грунту, в тому числі через врожайність вирощеної культури на окремих ділянках поля. Для цього, наприклад, зернозбиральний комбайн обладнують електронним приладом, який визначає врожайність, покоординатно записує її в бортовий комп'ютер і роздруковує картограму. Але картограма врожайності може служити лише засобом обгрунтування необхідності диференційованого застосування добрива або визначення аномальних зон і взяття проб грунту для агрохімічного аналізу лише в цих зонах. Одне з кардинальних рішень цієї проблеми запропонувала англійська фірма KRM — оцінювати вміст азоту, фосфору і калію в грунті шляхом фотографування полів в інфрачервоних променях на спеціальну плівку за допомогою літака або супутника Землі.
Ще більш спрощує агрохімічний аналіз грунту створений англійською фірмою Challeng Agriculture оптичний прилад (золота медаль на паризькій виставці в 1994 р). Зміст в грунті азоту, фосфору, калію та інших елементів визначають шляхом порівняльного вимірювання в двох точках відбитого світла обраної смуги спектра. Він може обробляти більше 30 параметрів і запам'ятовувати 50 значень. Через чотири роки прилад аналогічного призначення розробили китайські фахівці на основі транзисторів, перетворювачів, фотодатчиків і інших електронних комплектуючих.
Інша складна проблема — прив'язка результатів агрохімічного аналізу до координат взяття проб і передача цих даних на агрегат для внесення добрив. Досить відомий засіб визначення координат агрегату — ротаційне пристрій, вимірювальним елементом якого служить колесо трактора або машини, а реєструючим — лічильник числа оборотів, шкала якого проградуйована в метрах. Відхилення показань на довжині гону 1000 м не перевищує ± 2 м.
Фірма Claas розробила радіосистему, в яку входять комп'ютеризована базова радіостанція з приймачем, розміщені в офісі (приміщенні) фірми, і приймально-передавальні пристрої — на польових агрегатах. За допомогою цієї системи можна знаходити координати 200 агрегатів, що працюють в радіусі до 9 миль, з точністю ± 10 м.
В радіосистеми аналогічного призначення компанії Massey Ferguson використовують встановлені на агрегатах спеціальні радіоприймачі і глобальну супутникову мережу (GPS). Система з прийнятною точністю визначає географічні координати агрегату, але вона досить складна і дорога.
Перший експериментальний зразок дводискової відцентрової машини для диференційованого внесення одного виду мінеральних добрив продемонструвала в 1994 р на виставці Smithfield Farm Tech англійська фірма KRM. Вміст поживних речовин в грунті визначається методом інфрачервоного фотографування поля з супутника.
Землі з побудовою картограми поля, а координати агрегату — за допомогою систем GPS. Для безпосередньої зміни дози внесених добрив використовується електронний прилад Calibrator 2002 функціонально з'єднаний з комп'ютером (на дискеті якого записана картограма добрива поля) і системою GPS. У 1995 р фірма Amazone освоїла серійний випуск відцентрових машин ZA-Max з аналогічними приладами.
Однак через дорожнечу електронного обладнання (близько 50% ціни машини) вони не набули широкого поширення.
Піонером освоєння точного землеробства є Великобританія, де на фермі в графстві Сафольк протягом трьох років проводили картографування врожайності, покоординатно аналіз грунту в аномальних зонах, а добрива вносилися іншою машиною фірми Amazone-M- Tronic. Це забезпечило річну економію в середньому по 17,2 фунта стерлінгів на кожному гектарі (в порівнянні з внесенням постійних доз по всьому полю).
Технологія відмінно зарекомендувала себе і успішно застосовується в США, Канаді, Бразилії та в країнах Європи. У США і Канаді навігаційне обладнання особливо поширене, тому що у виробництві використовується широкозахватная техніка.
На сьогоднішній момент всі світові лідери з виробництва сільськогосподарських машин (CLAAS, John Deer, Case і ін.), Комплектують свою техніку навігаційною системою GPS. У Росії «піонером» в цьому напрямку стала компанія «Євротехніка», з 2004 року всі вироблені сільськогосподарські машини на заводі можна дооснастити навігаційною системою GPS.
GPS – обладнання затребуване в зв'язку з тим, що забезпечує економію коштів. У Європі, наприклад, підраховано, що економічний ефект від застосування GPS – обладнання сягає 50-60 Євро на гектар.
Крім того, користувачі даного обладнання отримую можливість проводити польові роботи вночі, в тумані, при підвищеної запиленості.
В даний час, порівнюючи вироблені російські і зарубіжні прилади супутникової навігації для роботи в сільському господарстві, можна сказати, що іноземні прилади мають переваги за своїми.
Навігаціонних приладів російського виробництва поки ще дуже мало. Як приклад можна привести навігаційний прилад «Агронавігатор». Він досить багатофункціональний: дозволяє вести паралельно трактор при обприскуванні, внесення мінеральних добрив, записувати і зберігати інформацію з площі до 10 000 га. Однак точність даного приладу складає від 1,5-2 м, що є недопустимим в сільськогосподарських роботах.
Зарубіжний досвід налічує набагато більше подібних приладів: це відома компанія John Deere з приладом Green Star Parallel Tracking System, і менш відомі: Mid-Tech Center-Line, Raven RGL 500, Cultiva ATC, Outback S, і інші. Однак, незаперечним лідером в даному напрямку на сьогоднішній день є компанія Trimble з сімейством навігаційних приладів серії AgGPS, які широко застосовуються в точній землеробстві в Європі, США, Канаді, а тепер і в Росії.
Таким чином в останні роки система точного землеробства масово інтегрована в землеробство багатьох країн. Що стосується Росії, то лише невелика кількість підприємств приймає рішення використовувати дану систему. Це пов'язано в першу чергу з фінансовими труднощами при впровадженні даної системи.
Системи позиціювання, засновані на прийомі сигналів супутників GPS, вже успішно використовуються в деяких російських агропромислових підприємствах, сприяючи підвищенню продуктивності і якості виконаних агротехнічних операцій і збереженню екологічного балансу поля. Так, ВАТ «Агрофірма Бунятіно»Дмитровського р-ну Московської області успішно використовує систему паралельного водіння Trimble, універсальну для будь-яких типів сільськогосподарських машин.
Система дозволяє підвищити ефективність і точність всіх сільськогосподарських операцій: обробки грунту, посіву, обприскування, внесення добрив і збирання врожаю.
Точна навігація до мінімуму скорочує пропуски і перекриття при суміжних проходах агрегатів, що, в кінцевому рахунку, призводить до економії посівного матеріалу, добрив, хімікатів і ПММ. Оскільки система усуває потребу в сигнальниках, скорочуються витрати на додатковий персонал. Сільськогосподарські операції виконуються швидше. Важливо, що система дає можливість працювати в умовах поганої видимості в тому числі, в темний час доби. Більш того, система є ресурсозберігаючою технологією: за рахунок зменшення смуг перекриттів до мінімуму знижується перевитрата добрив і засобів захисту рослин (ЗЗР). За рахунок точної навігації не «розмивається» первісна технологічна колія проходу техніки: система запам'ятовує траєкторію руху і дає механізаторові можливість точно потрапити в ту ж колію при повторній обробці поля.
Основна перевага застосування систем паралельного водіння при обприскуванні – скорочення до мінімуму огріхів, що неминуче виникають при цій операції, особливо якщо вона проводиться широкозахватної технікою і в умовах поганої видимості. Наприклад: при обробці гербіцидами, такі огріхи можуть негативно відбитися на врожайності не тільки необроблених ділянок, а й усього поля. При водінні звичайним способом, механізатор, щоб уникнути пропусків, намагається проходити сусідні ряди з перекриттям, що значно погіршує фитотоксичность препаратів. В кінцевому рахунку, перекриття складають, за різними оцінками, від 5 до 15% площі. Застосування GPS- навігації знижує взаємне перекриття рядів до 1-3%. На 18-и метрової штанзі обприскувача на відстані 45 см один від одного знаходяться 40 розпилювальних форсунок. Орієнтуючись на пінний маркер, кілочки або сигнальників, водій створює перекриття від 50 см до 1,5 м, тобто на кожному проході 2-3 зайвих форсунки виливають на поле пестицид, що помітно збільшує гектарну вартість обробки культури.
Застосовувана в даний час супутникова навігаційна система дозволяє досягти точності обробки 15-30 см від проходу до проходу.
Система складається з декількох компонентів: курсоуказателя EZ-Guide 250/500 зі вбудованим супутниковим приймачем, підрулює пристрою EZ-Steer або навігаційного контролера NavController II.
Курсопокажчик Trimble EZ-Guide 250 встановлюється в кабіні трактора і вказує водію напрямок для точного водіння по паралельних рядах в ході польових робіт. Він складається з світлодіодним панелі, кольорового 4-дюймового дисплея і інтегрованого 12-канального GPS-приймача. Яскраві світлодіоди показують водієві, в який бік відхиляється трактор від ідеальної траєкторії і величину зсуву.
Використання системи Trimble EZ-Guide 500 має розширений діапазон точностей від проходу до проходу (2,5-30 см). Цей прилад містить високоточний двочастотний приймач GPS/DGPS/RTK і 7-дюймовий дисплей. Приймач дає можливість з року в рік використовувати «стару» траєкторію руху і легко модернізується до більш високого рівня Використання підрулює пристрою EZ-Steer виключає огріхи, збільшує ефективну експлуатацію сільськогосподарської техніки, за рахунок можливості працювати в темний час доби, в умовах поганої видимості і значно знижує стомлюваність механізаторів. При досягненні кінця гону механізаторові залишається тільки вивести машину на новий ряд, користуючись підказками курсоуказателя, і знову підключити EZ-Steer, який передає зусилля через гумовий валик на рульове колесо.
Вбудоване програмне забезпечення курсоуказателя Trimble EZ-Guide 250/500 дозволяє виконувати картування полів - при об'їзді поля по контуру визначити точні координати меж поля і обчислити його загальну площу.
Для механізатора робота з системою досить проста: перший прохід, механізатор виконує вручну. Вказує ширину захвату агрегату, задає початкову і кінцеву точки руху. Потім система автоматично розмічає площину поля в курсоуказателя лініями, паралельними заданої і з шириною рівною ширині захвату агрегату. Далі механізаторові необхідно рухатися по цих траєкторіях. Система підтримує не тільки прямолінійні, але також криволінійні і спіралеподібні способи руху. Практика показує, що механізатор освоює меню курсоуказателя приблизно за одну-дві години. Ще близько трьох годин потрібно, щоб механізатор «набив руку» і придбав навички прямолінійного водіння машини з використанням курсоуказателя. Точність, яку забезпечують системи паралельного водіння, може бути проілюстрована наступною таблицею. При цьому треба мати на увазі, що з підвищенням точності системи зростає область її застосування.
Ефект від використання паралельного водіння очевидний і підтверджується досвідом. Так, наприклад, при роботі посівного комплексу стикове міжряддя було встановлено 25см при відстані між сошниками 35см. При роботі агрегату ширина стикового коливалася в межах 5 см. Таким чином, використання високоточного курсоуказателя з пристроєм, що підрулює дозволяє мінімізувати перекриття і здійснювати посів з величиною стикових міжрядь, рівних межсошніковому віддалі. Перекриття скоротилися до 10%, і отже, зменшився перевитрата насіннєвого матеріалу, ПММ та припосівного мінеральних добрив. За рахунок збільшення змінної продуктивності на 20% і збільшення робочого часу на 40% через роботу вночі, значно скорочується час виконання польових робіт.
ЗАТ «Агрофірма Бунятино» Дмитровського р-ну Московської області використовує систему паралельного водіння стосовно картопляним полях і полях з овочами відкритого грунту з березня 2010 року по теперішній час. Був розроблений інвестиційний проект з необхідним економічним обгрунтуванням. Суть проекту полягала в купівлі та встановлення необхідного обладнання, що дозволяє істотно збільшити точність агротехнічних операцій на просапних культурах.
Фінансові ресурси, необхідні для здійснення проекту склали 3150 тис. Руб.
В результаті установки системи в 2010 р підприємство значно знизило витрати (в середньому на 10% в порівнянні з витратами 2009 року) на наступні статті:
Що стосується терміну окупності проекту, то проект повністю покриває свої витрати вже в першому році використання системи паралельного водіння.
