Системы интеллектуального орошения увеличивают производительность, удешевляя производство, путём экономии воды и энергии.
Системы интеллектуального орошения стремительно развивающийся сегмент рынка сельскохозяйственных технологий. С начала 2018 года было инвестировано $26,6 млн, основная часть которых пришлась на США.
Это перспективное направление, доказывающее на практике свою эффективность. Количество участников на рынке постоянно растет, получает финансирование много стартапов. Среди наиболее перспективных, за которыми будущее отрасли интеллектуального орошения, были названы: Hortau, Smart Farm Systems, HydroPoint Data Systems.
Перспективы внедрения систем интеллектуального орошения
Основная цель внедрения систем интеллектуального орошения — увеличение производительности и удешевление производства, путём экономии ресурсов (вода, энергия). Системы помогают фермеру контролировать расход воды за счёт мониторинга и контроля водной обеспеченности почвы, состояний роста и развития культуры. Применяемые датчики контроля состояния можно условно разделить на три вида: датчики почвы, погоды, роста растения.
Почвенные датчики используются для определения количества влаги в почве, её распределения, доступности для корневой системы растения. Данный вид датчиков наиболее часто используется в системах.
Система мониторинга влажности почвы. Источник: hortau.com
Погодные датчики определяют дефицит водообеспеченности, измеряя влажность воздуха, осуществляя мониторинг количества осадков и испарения влаги с поверхности. Фермер получает информацию о локальных погодных условиях, скорости с которой растения используют воду. Измеряя солнечную активность и температуру, фермер получает информацию о количестве влаги, которое ежедневно теряет растение. Эти потери необходимо компенсировать.
Датчики мониторинга роста и состояния растения измеряют изменения, которые происходят с растением в процессе развития (толщину листа). Технология является новаторской и пока мало распространена.
Системы, укомплектованные перечисленными датчиками, обрабатывают полученную от них информацию. В зависимости от уровня автоматизации системы результатом работы могут стать как рекомендации для фермеров о необходимости и интенсивности полива, так и непосредственно управление насосно-силовым оборудованием (автоматическое включение, выключение, выбор режима работы). При обработке данных учитываются факторы роста конкретной культуры в определенных климатических и географических условиях. Программное обеспечение требует огромного количества агрономических сведений, на основе которых будут определяться оптимальные условия для каждой культуры, и даваться рекомендации фермеру.
Ведущие мировые разработчики
Среди компаний-лидеров в разработке решений для интеллектуального орошения: Hortau, Tule, CropX, Tevatronic, Arable, AquaSpy и др.
Полевая станция измерения влажности грунта состоит из нескольких электронных тензиометров разной длины, погружаемых в грунт на разную глубину. Электронный датчик давления фиксирует изменения капиллярного давления грунтовой влаги в корнеобитаемом слое, характеризующего доступность влаги на конкретной глубине залегания.
Компании Hortau и CropX производят беспроводные датчики грунта, измеряющие влажность почвы, температуру. Это лидеры по внедрению облачных программных решений, выдающих рекомендации фермерам на основе загруженных в облако полевых измерений. Мониторинг, загрузка и обработка сведений ведутся в режиме реального времени и позволяют реагировать на возникающий водный дефицит в максимально короткие сроки.
Датчики системы AquaSpy измеряют количество влаги не во всём слое. Измеряется содержание воды, температура, наличие питательных веществ доступных для корней выращиваемых культур. Поддержание водного баланса в активной корневой зоне влечёт увеличение урожайности на 10-40%.
Система Tevatronic способна управлять поливом для поддержания оптимальной влажности без вмешательства человека. Тензиометрические датчики измеряют количество влаги в корнеобитаемом слое, а после анализа на основе поступивших команд осуществляется контроль работы гидравлических клапанов.
Cенсор эвапотранспирации Tule. Источник: daumcdn.net
Расчёт влагообеспеченности на основе измерения эвапотранспирации датчиками систем космического агромониторинга обеспечивает точность около 90%. На основании показаний фермер получает рекомендации о нормах и сроках полива. Следуя им он обеспечит оптимальную влажность на протяжении всего вегетационного периода. При расчётах учитываются климатические условия. Так в условиях засухи без уточняющего коэффициента надёжность прогноза уменьшается. Коэффициент, учитывающий специфичность условий, рассчитывается для каждого поля. Разработанный на основе рекомендаций водный режим сэкономит до 20% воды и энергетических ресурсов, без угрозы недополива.
Датчики системы Tule измеряют потери воды, а не доступную воду в корневой зоне. Технология компании была признана специалистами на всемирной выставке Ag Expo 2016 года, оценившими инновационность подхода. Это единственная технология на рынке, датчики которой способны измерять фактическую эвапотранспирацию в диапазоне 4 га. Рекомендации по поливу на основе таких замеров отличаются повышенной точностью.
Компания AquaSpy разработала сенсорные зонды, информирующие фермера о влагообеспеченности, электропроводности и температуре в измеряемой четырёхдюймовой зоне. Информация из 12 измерительных зон поступает в коммуникационную башню, в которой расположен модем. Модем питается от аккумулятора на солнечной батарее и отличается наилучшим качеством приёма сигнала. Фермер получает информацию о глубине залегания корней, глубине инфильтрации, что поможет избежать вымывания удобрений во время внесения с оросительной водой, по причине переувлажнения.
Датчики мониторинга погодных условий — метеорологические сенсоры Arable, оборудованы спектрометрами, радиометрами, акустическими датчиками дождя. Сенсор оснащён солнечной батареей, крепким корпусом и подключён к облачному серверу. После обработки показаний фермер получит информацию о достаточности осадков, прогноз по потенциальной урожайности, рекомендации по времени сбора урожая.
Компании проводят семинары для сельхозпроизводителей с целью ознакомления с новейшими разработками и достижениями, проводят тренинги по эксплуатации оборудования.
Системы мониторинга и управления
Источник: easternpeak.com
Следующее поколение систем умного орошения — системы комплексного мониторинга параметров среды, контроля расходов воды, автономного управления клапанами и насосно-силовым оборудованием (Smart Farm Systems, HydroPoint Data Systems).
Система компании Smart Farm Systems производит мониторинг и контроль использования водных ресурсов. Все устанавливаемые датчики и подстанции имеют автономное питание и оборудованы солнечными батареями. Компоненты системы могут работать с имеющимся в хозяйстве оборудованием. Датчики системы осуществляют мониторинг работы насосно-силового оборудования, уровня воды в системе, влажности почвы, данных с метеостанции. Чем больше показателей контролируется, тем обоснованнее принимаемые решения. Система производит автоматическое включение/отключение одного или нескольких агрегатов на основе множества заложенных алгоритмов, реагируя на изменения измеряемых показателей. В хозяйстве устанавливается башня-ретранслятор, на которую поступают данные со всех датчиков, контроллеров и подстанций. Работа системы не зависит от наличия сотового сигнала.
Система компании HydroPoint Data Systems включает датчики, которые измеряют сразу четыре показателя — температуру, ветер, солнечную активность и влажность, представляя наиболее точные сведения об эвапотранспирации. Водомеры и датчики потока позволяют контролировать расход воды и её распределение в режиме реального времени. Все данные измерений поступают на облачный сервер компании, позволяя дистанционно, с планшета или ноутбука осуществлять централизованное управление на основе облачных вычислений. Разработчики утверждают, что эффективность экономии их системы составляет 95%, по сравнению с 60-70% экономии на основе менее точных рекомендаций у конкурентов.
Чем может похвастаться Украина?
Онлайн метеостанция Инспектор Метео от украинской компании Ай-Тi Лiнкс оборудована датчиками температуры, количества осадков, скорости ветра, влажности воздуха, атмосферного давления.
Дополнительно станция может быть оборудована датчиками температуры и влажности почвы, датчиком влажности листьев, датчиком солнечной радиации. Через интернет пользователь дистанционно может просматривать объединённые отчёты по состоянию среды со всех установленных станций. Возможна ручная настройка допустимого диапазона по любому из параметров, при отклонении от которого будет происходить автоматическое оповещение.
С помощью получаемых сведений фермер может наиболее точно определить поливную норму, время полива. Программная часть метеостанции позволяет осуществлять управление системами полива.
В Украине для орошения используются поверхностные водные объекты. Водный баланс возобновляется за счёт осадков. Влияние на него хозяйственной деятельности пока не угрожающее. Однако при дальнейшем увеличении изъятия воды и изменении климата проблема возобновляемости водных ресурсов может стать острее не только в южных, но и центральных областях. Для экономии воды необходимо увеличить эффективность её использования. Этого возможно достичь, главным образом, внедрением интеллектуальных систем ирригации.
О том, как внедрение системы капельного орошения позволило повысить урожайность на 50% при экономии воды в 40% — читайте в нашем материале.
