В статье представлены выгоды использования многофункциональной робототехнической платформы для нужд растениеводческих хозяйств, приводятся достигнутые результаты.
Ключевые слова: точное земледелие, робототехника, мобильная платформа.
The article presents the benefits of using a multifunctional robotic platform for the needs of crop farms, given the results achieved.
Keywords: precision agriculture, robotics, mobile platform.
Современное аграрное хозяйство немыслимо без технологичных решений в области точного или координатного земледелия. Одним из важных аргументов в пользу этих технологий является их экономичность. Значительно сэкономить на уменьшении затрат на различные химикаты и минеральные удобрения при использовании специализированных методик внесения. Одним из видов таких методик является внесение дифференцированным способом, т. е. избирательно — там, где потребность в удобрениях особенно необходима. Эта технология может применяться для улучшения состояния полей и агроменеджмента, по нескольким направлениям:
— агрономическое: агропроизводство совершенствуется с учётом реальных потребностей культуры в удобрениях;
— техническое: улучшается тайм-менеджмент на уровне хозяйства (в том числе, улучшается планирование сельскохозяйственных операций);
— экологическое: сокращается негативное воздействие сельхозпроизводства на окружающую среду (более точная оценка потребностей культуры в азотных удобрениях приводит к ограничению применения и разбрасывания азотных удобрений);
— экономическое: рост производительности и/или сокращение затрат повышают эффективность агробизнеса (в том числе, сокращаются затраты на внесение азотных удобрений). [1]
Разработка роботизированной платформы для точечного земледелия идет в данный момент на базе лаборатории «Робототехники и мехатроники» Кубанского государственного университета. Создан прототип устройства. Конечный же результат на данный момент видится как устройство, способное:
— составить карту поля (определить форму и границу);
— автономно передвигаться вдоль грядок не причиняя вред растениям;
— наполнить карту данными о характеристиках поля, его неоднородностях;
— определения температуры, влажности, скорости и направления ветра;
— химический или физико-химический анализ почвы (зависит от установленного оборудования);
— производить дозированное внесение удобрений в режиме реального времени.
Приблизительные расчеты показывают, что на 1 Га, при расстоянии между грядок 40 см, и такой же ширине самих грядок умещается 125 рядов, пусть одиночные растения высажены через 25 см. Тогда на грядке умещается 500 кустов, а на поле порядка 60 тыс. растений, которым необходим индивидуальный или дифференцированный уход. Если на каждое растение тратить по 3 сек (при анализе только с помощью видеокамер), то для объезда всего поля одним роботом потребуется порядка 50 часов. А вот если у каждого куста производить физико-химический анализ почвы, пусть на это потребуется около 30 секунд, то для объезда поля одним роботом в режиме 24/7 уйдет около трех недель. Повысить скорость и эффективность работы платформы можно увеличением количества роботов, увеличением габаритов платформы или установкой роботизированного оборудования на специализированные прицепы с широким охватом. Оборудование, которое устанавливаться на платформу будет определяться самим заказчиком в зависимости от поставленных задач и особенности поля.
Одной из трудностей подобных систем точного земледелия, является относительно низкая точность позиционирования систем спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС — порядка 0,5–2 метров. Наша платформа снабжена специальным оборудованием, позволяющем повысить точность позиционирования до 1,5–2 сантиметров. Это достигается комбинированием спутниковой навигации и своей системой локальной навигации, а также датчиками расстояния и распознаванием растений камерой. Для создания модулей локальной навигации используется специальные радиопередающие мачки и приемник, установленный на платформе. Определение же координат осуществляется методом триангуляции. Для этого необходимо установить эти маяки на поле, причем расположение их не играет особой роли, то есть нет необходимости устанавливать их строго по периметру, главное, чтоб робот всегда находился в зоне их действия. А установка большего числа маяков только повысит точность позиционирования и расширит зону действия робота.
Разработанный прототип способен передвигаться по пересеченной местности и производить полив растений. Он оборудован камерой для наблюдения за работой платформы и емкостью в 5 литров. Дальнейшая работа сосредоточена на переход к более мощным контроллерам, способным увеличить производительность и скорость анализа данных от различных датчиков, подбору специализированных датчиков. Отдельное внимание уделяется распознаванию образов при помощи камеры. Определены задачи, которые требуется решить при помощи камеры:
— определение растения;
— анализ растения по форме листа, характеристическим углам;
— определение диаметра стебля;
— границы грядки и направления движения платформы;
— определение дислокаций нор вредителей;
— наличие вредителей на растении (тля, колорадский жук и др.);
— выявление симптомов болезни или нарушения развития (очаги поражения, завядшие листья и др.).
Одной из основных функций устройства является мониторинг состояния поля и предупреждение агронома о возникновении исключительных состояний, например, о появлении вредителей.
В результате проведенной работы был собран прототип роботизированной платформы, способный передвигаться по полю и производить полив. Определены основные требования для выполнения данной работы и подобраны компоненты. Все работы ведутся на базе лаборатории «Робототехники и мехатроники» Кубанского государственного университета.
Литература:
1. Евстропов А. Дифференцированное внесение удобрений в режиме “on-line” // Ресурсосберегающее земледелие. 2009. № 3. С. 26–30.
