Постепенное усложнение сельскохозяйственной техники и средств мониторинга и контроля процессов привело к развитию технологий, применяемых в растениеводстве. Конечная точка их развития сегодня — точное земледелие.
Точное земледелие основано на использовании большого объёма данных для увеличения эффективности агропроизводства. Но чем их больше, тем сложнее аграрию их структурировать и анализировать. Для работы с любыми данными нужна рабочая среда. Развитие GPS-технологий и, как следствие, возможность геопространственной привязки сведений о культурах и условиях их роста, сделали возможным создание такой среды — цифровых продуктов для управления земельным банком. Для комфортной работы пользователя собранная информация в них оцифровывается и преобразуется в тематические карты.
Геопространственная привязка данных
Развитие космических технологий и последовавший запуск исследовательских спутников предоставили новые возможности для сбора данных и картирования полей. Но долгое время преградой для точного земледелия оставалась сложность совмещения этих сведений с данными полученными аграриями с помощью датчиков, контроллеров работы техники и полевого скаутинга.
Прорывной технологией стал разработанный компанией John Deere в 1996 году (запущен в производство в 1997) GPS-приёмник “green eggs and ham”. Технология точного позиционирования позволила с высокой точностью определять координаты не только оборудованной ей техники, но и собранных с помощью установленных на технику датчиков данных.
Карты созданные с помощью показаний датчиков и контроллеров работы техники, могли беспрепятственно соотноситься с количеством растительной массы, рельефом, влажностью почвы и другими, собранными исследовательскими спутниками ДЗЗ сведениями.
Среда для работы с данными
Создание тематических карт наиболее оптимальный способ отображения информации о полях и культурах. Совмещение слоёв данных на одном снимке наиболее простой способ работы с ними.
Это во многом связано с особенностью восприятия человеком информации. Учёные считают, что понимание принципов картографии пришло к людям раньше зарождения письменности. В частности, на это указывает знание о взаиморасположении островов архипелага и создание примитивных карт аборигенами Маршалловых островов.
Таким образом, совмещение спутниковых карт вегетационных индексов с картами посевов, урожайности, химического состава почвы, треками работы техники позволяет интуитивно делать выводы о зависимости измеренных характеристик с итоговой урожайностью. Аграрий может установить причины разной продуктивности участков поля, определить эффективность применения используемых удобрений, СЗР, полевых операций и т.д.
Возможной такую работу сделало создание ГИС и их развитие в более сложные программные продукты — FMS (Farm Management System) и BPM-системы (Business Process Management).
Big Data
.jpg)
Источник: hitachizosen.co.jp
Сбор данных в реальном времени с точной геопространственной привязкой составляет информационную базу для создания карт дифференцированного внесения удобрений и СЗР, полива, точного высева, карт полевых операций. Эти данные помогают экономить ресурсы, и увеличивать урожайность за счёт обеспечения растениям того питания и защиты в которых они нуждаются. Оцифровка данных упрощает их передачу на бортовые устройства сельхозтехники, мобильные устройства агрономов и делает возможной многопользовательскую работу с ними специалистов агропредприятий.
Карты неоднородности — важный инструмент, без которого невозможно точное земледелие. Сведения о стрессовом состоянии растений и его причинах (недостатке питательных элементов, проблемах с насекомыми-паразитами, болезнях растений) используются для диагностики проблемы, локализации и минимизации ущерба.
Анализ результатов работы
Помимо работы с ограничивающими факторами немаловажно использование ГИС для совершенствования агротехнологии. Сравнительный анализ продуктивности тестовых полей, мониторинг динамики изменения состояния растений после проведения агрооперации, определение эффективности работы техники как по показателям изменения индекса вегетации (в течение сезона), так и по итоговой урожайности (после сезона) позволяет проанализировать весь производственный цикл и выбрать оптимальный метод работы.
ГИС позволяют не только объединить сведения спутников ДЗЗ с количественными параметрами урожая, показателями работы техники и результатами агрохимического анализа. Собственный мониторинг агрария (полевой скаутинг, сбор информации с помощью технологии БПЛА), а также сведения о севообороте или используемых гибридах культур могут вноситься в системы и использоваться для создания тематических слоёв и анализа данных.
На использование клиентом технологий рассчитывают и компании производители техники и решений для точного земледелия.
Помимо эффективности использования техники и ресурсов, все процессы внутри полевого агробиоценоза оказывают влияние на характеристики почв, качество урожая, загрязнение сточных вод. Накопительный эффект от применяемой технологии, деградация почв, вынос питательных элементов и т.д. — влияние всех процессов можно отследить по динамике изменения показателей на тематических картах.
Растущая роль картографирования в растениеводстве
Системы GPS-мониторинга, датчики работы техники и ГИС составляют набор инструментов необходимый для микроуправления процессами растениеводства. Этим обусловлен рост их использования по всему миру. В 2018 году технологии точного земледелия использовались на 60-70% посевных площадей Северной Америки, 30-50% в Европе и свыше 90% в Австралии. На применение клиентами технологий точного земледелия ориентируются ведущие производители сельхозтехники, по умолчанию оборудующие трактора автопилотами, мониторами, системами позиционирования и технологиями для сбора и передачи данных.
Таким образом картографирование в растениеводстве ключевой инструмент для комплексного решения проблем защиты растений, реализации агрономического потенциала почвы, эффективного использования техники и, как следствие, экономики агропроизводства. Это инструмент для фермеров с любым земельным банком.
Применение технологий картографирования на протяжении нескольким сезонов позволяет оценить динамику изменений, происходящих на полях хозяйства, оценить историческую продуктивность разных зон поля и влияние методов работы на изменения характеристик. Это уникальная информация, которая не может быть получена никаким другим способом.
Карты на основе собранных данных
%20(1).png)
Источник: mdpi.com
Контуры полей — базовый слой для привязки и отображения показателей полевых измерений. Для создания контуров полей могут быть использованы GPS-датчики техники, БПЛА или спутники ДЗЗ в зависимости от необходимой точности измерения.
Карты вегетационных индексов (ВИ) растений — результат обработки спутниковых снимков в разных спектральных диапазонах съёмки. Карты создаются на основе особенностей отражательной способности растений. Среди наиболее часто применяемых индексов: NDVI (нормализованный разностный ВИ), EVI (усовершенствованный ВИ), SAVI (модифицированный почвенный ВИ), LAI (индекс листовой поверхности) и др.
Карты обеспеченности химическими элементами — создаются по результатам агрохимического анализа почв и используются при выборе удобрений и агрохимических мелиоративных мероприятий (известкования, гипсования и т.д.)
Карты урожайности — результат работы технологий. На урожайность влияет множество природных факторов, потому она не может рассматриваться как единственный критерий успешности работы агропредприятия, но сравнение урожайности на разных участках поля с учётом условий роста растений может указать на ошибки допущенные в течение периода вегетации растений.
Среди других часто используемых для анализа карт — топографические карты, карты всходов, высева, карты типов почв, карты заданий для техники, карты выполнения операций и т.д.
Принцип геопространственной привязки данных, лежащий в основе картографирования информации, сделал возможным работу с большим объёмом данных. Благодаря этому агропроизводство становится эффективным, а технологии приносят реальную пользу производителям.
