E‑book – Rolnictwo precyzyjne

Rolnictwo precyzyjne

Opracowanie dla kwalifikacji  ROL.08. Eksploatacja systemów mechatronicznych w rolnictwie. Wyodrębnionej w zawodzie Technik mechanizacji rolnictwa i agrotroniki 311515

Autor: Contentplus.pl

Konsultacja merytoryczna: Roman Kępiński

E‑book stworzony w ramach projektu do kształcenia zawodowego: obszar XI.

Spis treści

Rolnictwo precyzyjne

1. Precyzyjne naprowadzanie maszyn w rolnictwie

2. Technologie wykorzystywane w rolnictwie precyzyjnym

3. Wybór i wdrożenie technologii rolnictwa precyzyjnego

1. Precyzyjne naprowadzanie maszyn w rolnictwie

Precyzyjnie planowanie i prowadzenie prac rolniczych umożliwiają: systemy satelitarne GPS i GNSS, które śledzą pozycję maszyn rolniczych, satelitarne i lotnicze zdjęcia terenu rolniczego. Istotne też jest precyzyjne prognozowanie pogody według  przeliczanych danych. Do tego dochodzi możliwość precyzyjnego zróżnicowania dawek nawozów,  specjalistyczne monitorowanie stanu gleb oraz możliwość pomiaru rozwoju roślin.

Parametry najczęściej uwzględniane w rolnictwie precyzyjnym:

• właściwości fizyczne gleby

• właściwości chemiczne gleby

• wysokość plonów

• choroby roślin

• szkodniki i chwasty

• temperatura

• opady i nasłonecznienie

• wiatr

• wysuszenie gleby

• zabudżetowany plon

• plonowania (w postaci masy zbioru lub przychodu),

• dynamiki wzrostu roślin,

• rodzaje i stan gleby, w tym zawartość składników odżywczych w glebie (makro i mikro) oraz dostępności wody,

• zagrożenia szkodnikami znajdującymi się w glebie,

• zwięzłości i przewidywanego oporu gleby podczas uprawy,

• zdolności do akumulowania ciepła i pojemności cieplnej gleby.

Najważniejsze korzyści gospodarstwa korzystającego z nowoczesnego oprogramowania:

• precyzyjny wgląd w prowadzenie gospodarstwa,

• łatwiejsze podejmowanie decyzji,

• śledzenie zmian w czasie rzeczywistym,

• wykorzystanie odpowiedniej ilości nasion do upraw, aby osiągnąć planowany plon,

• poprawa żyzności gleby na polu,

• lepsze wykorzystanie zasobów środowiska,

• bardziej adekwatna inwestycja w uprawy na danym polu.

Technologie wykorzystywane w rolnictwie precyzyjnym

Technologie wykorzystywane w rolnictwie precyzyjnym dzielimy na trzy kategorie:

R10HImSbp2mZU

Na ilustracji znajduje się się mapa rozmieszczenia stacji RIMS, MCC oraz NLES. Widoczna jest duża mapa Europy, a po lewej stronie ekranu znajduje się pomniejszona mapa Afryki oraz obydwu Ameryk. W prawym górnym rogu znajduje się legenda. Duży napis EGNOS, pod spodem zaznaczona czerwonym kółkiem stacja RIMS, niebieskim kwadratem stacja MCC oraz zielonym trójkątem stacja NLES. Najwięcej jest stacji RIMS.

System EGNOS został zbudowany z środków europejskich przez Europejską Agencję Kosmiczną i jednym z jego zadań jest wspieranie pracy systemów GPS, GLONASS i innych pozwalających prowadzić lokalizację z poziomu satelity, na który składa się:

• trzy satelity geostacjonarne

• 40 naziemnych stacji referencyjnych

• 6 naziemnych stacji kontrolnych

Głównym zadaniem EGNOS jest dostarczanie odbiornikom na Ziemi sygnału korekcyjnego, czyli poprawek różnicowych, dzięki czemu zwiększa się precyzja danych dotyczących pozycji do 20 centymetrów.

Większą precyzję, do 2‑3 centymetrów zapewniają systemy firm, które korzystają z systemu naziemnych stacji badawczych z sygnałem korekcyjnym RTX, SF3, SatCor, RTK.

R78PdNeiZq2wP

Sygnał korekcyjny RTK może pochodzić z własnej stacji gospodarstwa. Montuje się ją w najwyższym punkcie, wysokość montażu to jeden z czynników wpływających na zasięg sygnału. Pozostałe to moc nadawcza stacji oraz ukształtowanie terenu. Koszt takiej stacji to kwota nawet 100 tys. zł. Inna możliwość to korzystanie z sieci RTK Net wspieranej przez producenta ciągników.

W skład podstawowego zestawu automatycznego kierowania pojazdem wchodzą trzy podzespoły:

1. odbiornik satelitarny, którego zadaniem jest odbieranie i wysyłanie sygnału GPS z satelit lub stacji RTK,

2. adapter z silnikiem elektrycznym, który zastępuje kierownicę manualną i automatycznie koryguje tor jazdy bez ingerencji operatora,

3. wyświetlacz z oprogramowaniem, który umożliwia zarządzanie systemem.

Wszystkie elementy są ze sobą połączone odpowiednim okablowaniem. Tak skonfigurowany zestaw daje możliwość łatwego przenoszenia go do innych pojazdów lub maszyn.

Bardziej rozbudowane układy automatycznego sterowania bazują na dodatkowo montowanych czujnikach w różnych układach pojazdów i maszyn. Montuje się również dodatkowe urządzenia umożliwiające przepływ sygnałów takie jak: bramki modularne, odbiorniki sygnałów radiowych, itp. Dzięki temu zestawy automatycznego prowadzanie są funkcjonalne i można je skonfigurować zgodnie z oczekiwaniami użytkownika.

Podczas przygotowania gleby do siewu czy nasadzeń stan gleby może znacząco się różnić nawet w obrębie jednego pola, szczególnie zróżnicowanie to dotyczy tzw. gleb mozaikowatych. Skanowanie gleby bezpośrednio podczas prac jest możliwe dzięki systemom wspomagającym, których głównym elementem są stereofoniczne kamery.

Mierzenie parametrów gleby podczas pracy pozwala dostosować parametry pracy ciągnika lub maszyny rolniczej, a tym samym wpływa na ekonomiczne wykorzystanie sprzętu rolniczego oraz optymalne zastosowanie materiałów zużywanych w produkcji rolniczej. Wszystko to przekłada się na wysokość i jakość plonów.

Możliwe jest też wykorzystanie mobilnych skanerów, które rejestrują i analizują jeszcze więcej parametrów takich jak: elektroprzewodność, zawartość próchnicy, PH gleby, tekstura. Dane te zapisane w formie map służą do:

• wyznaczania stref pracy w polu,

• wyznaczenia miejsc pobrania próbek glebowych,

• doboru dawki w siewie,

• doboru dawki nawozów,

• doboru dawki herbicydów.

Technologia zmiennego dawkowania pozwala znacząco ograniczyć ilości używanych nawozów mineralnych.

VRA działa na podstawie map aplikacyjnych, na których widać, jakie powinny być stosowane dawki, które oblicza system uwzględniający zapotrzebowanie oraz koszty w skali całego gospodarstwa.

Oprogramowanie wykorzystuje następujące informacje: zmienność plonów, zmienność zasobności gleby w składniki pokarmowe oraz inne (np. nawodnienie). Dane te szacowane są na podstawie przewodności elektromagnetycznej.

VRA również rozsiewacze do nawozów, które różnicują ilości podawanego na tarcze wysiewające nawozu na podstawie sygnału elektrycznego.

Dla potrzeb rolniczych najczęściej wykorzystuje się zdjęcia satelitarne o średniej rozdzielczości (jeden piksel to kilka‑kilkadziesiąt metrów). Zdjęcia takie są dostępne bezpłatnie w serwisach Europejskiej Agencji Kosmicznej. Można też pobrać je ze stron systemów wspierających rolnictwo precyzyjne takie jak onesoil.ai, satagro.pl, fertisat.com i innych.

Teledetekcja wykorzystuje pomiar światła odbitego od roślin. Na tej podstawie określa wielkość biomasy, kondycję upraw oraz prognozuje plony. Do tego celu wykorzystuje się zdjęcia z satelity, dronów oraz sensorów zainstalowanych bezpośrednio na ciągniku. Te ostatnie aplikują zmienne dawki azotu, które są dopasowywane w trakcie oprysku dolistnego. W przypadku zdjęć światła odbitego wykonanych przez satelity lub drony można stworzyć mapy aplikacyjne, które potem są wgrywane do urządzeń sterujących pracą opryskiwaczy.

Ortofotomapy można tworzyć również samemu przy pomocy dronu (lub kilku) wyposażonego w kamery do robienia zdjęć. Zdjęcia można przekształcić w mapy w darmowych serwisach online lub zlecić specjalistycznej firmie.

Do planowani prac, monitorowania plonów oraz prowadzenia rachunku ekonomicznego gospodarstwa coraz częściej wykorzystuje się aplikacje oraz platformy internetowe, które pozwalają porządkować dane dotyczące gospodarstwa, kontrolować wydatki, określać efektywność prowadzonych działań.

Najczęściej dostępne funkcjonalnośći:

• charakterystyka pól i upraw, w tym tzw. karty pół, ale również baza operacji wykonanych w danym miejscu,

• harmonogram prac rolniczych w postaci listy wykonywanych i zaplanowanych prac,

• ewidencja i plan nawożenia, w tym stosowane dawkowanie, koszty nawożenia,

• stany magazynowe, podsumowanie zużycia produktów, koszty i planowanie zakupów,

• sprzedaż upraw, pełne dane przeprowadzonych transakcji,

• budżetowanie: planowanie kosztów i przychodów gospodarstwa.

Bardziej zaawansowane aplikacje pozwalają łączyć dane zebrane w postaci map zasobności gleby czy wydajności plonów z planowanie i budżetowaniem prac. ale również ich efektywnością mierzoną „z pola”.

Mapa dochodowości pola pozwala określić, które obszary przynoszą straty, a które dochody. Obie informacje pozwalają sensownie modyfikować produkcję rolniczą - ograniczać koszty i rozszerzać efektywne praktyki.

Mapa pozwala analizować wpływ takich czynników, jak:

• wzrost i rozwój różnych odmian roślin w zależności od terenu;

• dawkowanie nawozu, koszty vs osiągnięte wyniki,

• dawkowanie pestycydów, koszty vs osiągnięte wyniki,

• gęstość siewu a ilości plonów,

• jakość materiału siewnego w porównywalnych warunkach,

• skuteczność innych zabiegów agrotechnicznych,

• wpływ warunków atmosferycznych w ciągu kolejnych lat.

Podczas mapowania plonów niezbędna jest kalibracja systemu rejestracji plonów. Kalibracja pozwala ocenić, z jak dużym błędem system rejestruje plony. Wykonuje się ją zestawiając pomiaru systemu z tradycyjnym pomiarem masy plonu z tego samego obszaru kilkakrotnie i na różnym materiale. Dopuszczalny błąd systemu mapowania plonów to 5%.

RoxYsuLoDgPi6

Na zdjęciu widoczna jest stacja meteorologiczna w Białowieży. Znajduje się ona na płaskim polu, trawa jest równo przycięta, a w oddali widać drzewa. Stacja ma kształt bardzo wysokiego, cienkiego szpikulca. Otoczona jest metalową, zabezpieczającą siatką.

Wieloczujnikowe aplikacje pogodowe zbudowane są zazwyczaj ze stacji, które mierzą wilgotność i temperaturę powietrza na wysokości upraw, miernika deszczu dla danego terenu, czujnika wilgotności gleby oraz czujnika temperatury gleby.

Specjalistyczne zestawy zawierają czujniki oświetlenia i promieniowania, czujniki głębokości śniegu i wody, czujniki zalania, wiatromierze typu czaszowego lub wiatrakowego.

Podobnie jak przy innych systemach do monitorowania dane zbierane są w aplikacjach, które zbierają i porządkują dane w formie map oraz wykresów, w tym historii pomiarów. Aplikacje te zazwyczaj pracują w dostępie bezprzewodowym.

3. Wybór i wdrożenie technologii rolnictwa precyzyjnego

Wybór technologii

• najważniejsze parametry gospodarstwa, takie jak jego wielkość, typ, wielkość i  specjalizację produkcji;

• posiadane zasoby takie jak park maszynowy, wcześniej wdrożone technologie czy jakość połączenia internetowego, jakim dysponuje gospodarstwo;

• specyfikę technologii, jej przydatność i możliwości zastosowania, efekty, jakich spodziewamy się uzyskać przy jej zastosowaniu;

• koszty  wdrożenia oraz koszty późniejszej eksploatacji, konieczność dodatkowych szkoleń lub inwestycji w infrastrukturę;

• nasze przygotowanie do korzystania z technologii w pełnym zakresie oraz możliwości rozszerzenia zakresu działania w przyszłości;

• opinie i doświadczenia innych użytkowników;

• okres gwarancji, koszt ubezpieczenia, dostępność części wymiennych i  wsparcie techniczne producenta.

Etapy wdrożenia