Цифровизация и искусственный интеллект в развитии отрасли хмелеводства в России

Введение. Во всем мире агропромышленный комплекс сегодня переживает этап фундаментальной трансформации, обусловленный интеграцией традиционных (аналоговых и доаналоговых) и цифровых решений, в том числе методов искусственного интеллекта (ИИ). Несмотря на восходящие к Неолитубазовые приемы обработки земли и отчасти обусловленный этим отраслевой консерватизм, сельское хозяйство, если и не повсеместно, то как минимум в развитых странах в настоящее время представляет собой полигон обкатки и внедрения самых передовых технологий.

В данном контексте хмелеводство, традиционно характеризующееся высокой долей ручного труда и эмпирических подходов, представляет собой релевантный объект для изучения процессов технологической модернизации. РоссийскаяФедерация, обладающая значительным агроклиматическим потенциалом истратегическими ориентирами, сформированными государственной политикой на импортозамещение в сельском хозяйстве, актуализирует развитие хмелеводства как одного из приоритетных сегментов аграрного производства в секторе растениеводства.

Настоящее исследование фокусируется на анализе роли технологий точного («умного») земледелия, систем интеллектуального анализа данных и методов машинного обучения в оптимизации производственного цикла хмеля, от плантации до реализации переработанного сырья потребителям. Предметом изучения являются следующие аспекты: повышение ресурсоэффективности (экономической отдачи вносимой на поля воды, удобрений, пестицидов, проникновения солнечной радиации) за счет сенсорного мониторинга и предиктивной аналитики; минимизация фитосанитарных рисков на основе компьютерного зрения и прогнозных моделей; селекция и развитие новых сортов с применением инструментов биоинформатики и анализа больших данных (BigData).

Актуальность работы определяется растущим глобальным спросом на сырье сгарантированными качественными и вкусо-ароматическими характеристиками, что требует от производителей не просто перехода кнаукоемким технологиям, а ктехнологиям, обеспечивающим максимальную предсказуемость количественно-качественных характеристики урожая, повышение управляемостиагротехнологического процесса на всех его стадиях даже с учетом погодного фактора. Внедрение цифровых платформ и соответствующих агротехрешений перестает быть конкурентным преимуществом, трансформируясь в необходимое условие для обеспечения экономической устойчивости, экологическойбезопасности и долгосрочной конкурентоспособности отрасли.

Особо хотелось подчеркнуть актуальность данной темы на текущий момент, так как потребность отечественного рынка в сырье хмеля составляет более 94%. Данные по развитию отрасли хмелеводства в России приведены в таблице 1. За 2020-2024 гг. площадь хмеля в России увеличилась с 225 до 332 га, или на 47,6%, в том числе в сельскохозяйственных организациях - с 225 до 298 га, или на 32,4%, валовой сбор хмеля - с 2,2 до 3,3 тыс. ц, или на 50,0%, в том числе в сельскохозяйственных организациях - с 2,2 до 3,2 тыс. ц, или на 45,4%, урожайность культуры - с 9,8 до 15,0 ц с 1 га, или на 53,1%. Урожайность хмеля в России ниже среднемирового значения.

Таблица 1 – Развитие отрасли хмелеводства в Российской Федерации

Показатели	2020г.	2021г.	2022 г.	2023г.	2024г.
Площадь хмеля, га	225	256	286	310	332
в том числе в сельскохозяйственных организациях	225	212	271	288	298
Валовой сбор хмеля, тыс. ц	2,2	2,0	2,2	2,9	3,3
в том числе в сельскохозяйственных организациях	2,2	1,9	2,1	2,9	3,2
Урожайность хмеля, ц с 1 га	9,8	7,8	7,6	13,0	15,0
в том числе в сельскохозяйственных организаций	9,8	8,9	7,8	13,0	15,0

Источник: составлено автором на основе данных Росстата.

Размещение отрасли хмелеводства по субъектам Российской Федерации показано на рисунке 1. Основноепромышленное производство хмелясосредоточено в Чувашской Республике и Краснодарском крае. В 2024 г.

в этих регионах соответственнонаходилось 181,5 и 123,4 гаплощади

и

производилось 218 и 58,3 т хмеля.

181,5

^ш Площадь хмельников, га

«■■■■■■■вВаловый сбор, тонн

Рисунок 1 – Распределение площади и валового сбора хмеля по субъектам Российской Федерации, 2024 г.

Источник: составлено автором на основе данных Росстата.

Цель данной статьи – систематизировать ключевые тенденции, оценить потенциальные эффекты и обозначить барьеры на пути цифровизации российского хмелеводства в парадигме Четвертой промышленной революции (Индустрия 4.0). На основе анализа современных практик и технологических трендов будут сформулированы выводы о векторах трансформации традиционных агротехнологий и перспективах формирования высокотехнологичного, data-driven производства хмеля в России.

Материалы и методы исследований. Материалами исследования выступили данные Росстата, Министерства сельского хозяйства России, Российской Ассоциации производителей пива, солода и напитков (АПП), российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП), Национальной Ассоциации участников рынка промышленного интернета. Методами исследования выступили корреляционный анализ, позволяющий определить корреляционную связь анализируемых индикаторов.

В данной статье рассматриваются методы и материалы, которые способствуют внедрению цифровых технологий и искусственного интеллекта (ИИ) в отрасль хмелеводства в России.

Цифровая трансформация сельского хозяйства становится ключевым фактором повышения эффективности производства, и хмелеводство не является исключением.

Результаты исследований и их обсуждение . В настоящее время цифровизация и ИИ в отрасли хмелеводства слабо развита в силу неразвитости отрасли в целом в России. Проблемы с импортом хмелевого сырья ставят задачу увеличения объемов производства хмеля в России [2]. Ввиду того, что в настоящее время спрос на хмель российскими производителями удовлетворен только на 6% возникает необходимость разработки программы, направленной на поддержку отраслихмелеводства, реализация которой позволит нарастить производство хмеля в короткие сроки [3]. Цифровизация и применение ИИ могут оказать помощь вразвитии отрасли. На примере применения цифровых технологий в других отраслях сельского хозяйства можно предположить о положительном эффекте их применения в отрасли хмелеводства. На различных этапах производственного процесса хмеля могут применяться сенсоры и устройства IoT для мониторинга состояния почвы, влажности, температуры и уровня освещенности в питомниках по выращиванию саженцев хмеля. Датчики могут устанавливаться для почвенного влагообеспечения и оптимизации полива. Метеостанции могут применяться для анализа погодных условий и прогнозирования их неблагоприятных явлений поле. Также использование беспроводных систем позволяет осуществлять мониторинг здоровья растений для раннего выявления заболеваний [1; 12].

Ориентируясь на популярность в сельском хозяйстве применения геоинформационных систем (ГИС) для пространственного анализа земель, планирования посевов и управления ресурсами они могут найти применения в отрасли хмелеводства при создании карт урожайности для дифференциального внесения удобрений, разработку геолокационных планов для точечного управления полями, анализа данных о почвах и микроклимате для оптимизации расположения посадок [4].

Искусственный интеллект в отрасли хмелеводства может применяться для разработки алгоритмов для анализа данных с целью прогнозирования урожайности, автоматизации бизнес-процессов и принятия на этой основе управленческих решений [10; 9; 13]. Примером может служить разработка модели планирования и прогнозирования Чувашскими исследователями. В отличие от традиционных подходов, опирающихся на финансовые показатели, предложенная авторамимодель определяет производственную эффективность заранее, перед началом процесса. Система адаптивно отслеживает параметры культивирования хмеля, включая расположение растений и занимаемые площади, обновляя расчеты ожидаемой прибыли и оценивая эффективность инновационных подходов. Такая инновация значительно усилит производительность предприятий по выращиванию хмеля на территории страны.

Примером применения программного обеспечения являются платформы для управления данными агропромышленного комплекса (например, AgroSmart, FarmOS), специализированные приложения для мониторинга и анализа данных (например, Cropio, Agrivi) [7; 12].

Примером применения аппаратного обеспечения в отрасли хмелеводства выступают беспилотники и дроны для сельскохозяйственных нужд (например, DJI Agras, senseFlyeBee), роботизированные системы и автономные тракторы (например, JohnDeere, Case IH) [6; 8; 11].

В этой связи можно предположить, что цифровизация и применение искусственного интеллекта в хмелеводстве открывают новые возможности для повышенияурожайности, снижения затрат на производство хмеля

Комплексное использование описанных методов и материалов способствует устойчивому развитию отрасли в России, обеспечивая конкурентоспособность на мировом рынке.

В России уже сейчас есть примеры успешной реализации проектов цифровизации в отраслях сельского хозяйства (таблица 2).

Таблица 2 – Примеры реализации проектов цифровизации сельского хозяйства в России [4, 5, 7, 8]

Название проекта	Цель проекта	Применяемые IoТ технологии
Доработка и внедрение системы управления сельскохозяйственным производством на базе отечественного программного обеспечения	Управление производственным и процессами в растениеводстве	Система импортозамещает иностранный аналог Cropwise и предназначена для управления производственными процессами в растениеводстве: планирования агроопераций, управления и контроля уборки, планирования уборки готовой продукции
Разработка и подготовка к серийному производству в России роботизированного комплекса агрономического анализа почвы (РКААП) (АГРО-ПОЧВА)	Управление производственным и процессами в растениеводстве в части агрономического анализа почвы	Система направлена на импортозамещение иностранных решений JohnDeereOperationsCenter и предназначена для управления производственными процессами в растениеводстве в части агрономического анализа почвы.

Реализация стратегических целей и достижение ключевых стратегических показателей в области цифровой трансформации сельского хозяйства, в том числе отрасли хмелеводства возможно только при поддержке государства как финансовой, так и законодательной.

Оценку показателя цифровой зрелости отрасли хмелеводства предлагается провести на основе трех ключевых показателей: достижение целевого показателя численности специалистов отрасли имеющих цифровые компетенции (Цчс), доля которого составляет 0,25; достижение целевого показателя расходование средств на цифровизацию отрасли (Цзц), доля которого составляет 0,25%, достижение целевого показателя цифровизации бизнес-процессов производства хмеля Цбп(доля 0,50). Расчет показателя «цифровой зрелости отрасли» (ЦЗох) производится по формуле 1.

ЦЗох = 0,25 * Ц_чс + 0,25 * Ц_зц + 0,5 * Ц БП ,                  (1)

При значении показателя ЦЗох меньше 0,4 следует уровень цифровой зрелости отрасли низкий, при значении 0,4 □ ЦЗохО 0,7 - уровень цифровой зрелостисредний и при значении показателя 0,7 □ ЦЗохО 1,0 - уровень цифровой зрелости высокий.

Согласно данным отчетов предприятий хмелеводческой отрасли численностьспециалистов, имеющих цифровые компетенции составляет не более 10%,расходы на цифровизацию отрасли - 30% и цифровизацию бизнес-процессов включая учет, передачу информации и т.д. составляет не более 40% Показатель цифровой зрелости отрасли хмелеводства в настоящее время имеет значение 0,3:

ЦЗох = 0,25* 0,1+0,25*0,3+0,5*0,4 = 0,3

Согласно проведенным расчетам уровень цифровой зрелости отрасль хмелеводства имеет низкий уровень, что требует разработки мероприятий по ее повышению (рисунок 2).

Рисунок 2 - Мероприятия по повышению уровня цифровой зрелости отрасли хмелеводства

Эффективность технологических инноваций в отрасли хмелеводства в результате применения IoT и искусственный интеллект позволит оптимизировать распределение водных и питательных ресурсов, снизить потери и улучшить экологическую устойчивость производства. Прогнозирование погоды и заболеваний растений с помощью программных продуктов, например, ОО «Кайпос» - производитель систем мониторинга погоды, моделей заболеваний растений, систем оптимизации полива и технологии идентификации вредных объектов.

Более точное планирование и управление при использовании цифровых технологий позволит обеспечить рост добавленной стоимости хмеля в России, что положительно сказывается на реализации политики импортазамещения и развития сельского хозяйства в целом.

Анализ цифровизации сельского хозяйства показал, что наиболее популярными информационными технологиями являются:

• -    Умная деревня (SmartFarming) предусматривает использование датчиков IoT и другие технологии, позволяющие осуществлять контроль за растением используя воду и минеральные удобрения, может найти применение в отрасли хмелеводства в отслеживании болезней растений, контролю состава почвы.

• -    ГИС (географическая информационная система) позволяет управлять земельными ресурсами выявлять свободные не занятые земли, в отрасли хмелеводства могут использоваться для планирования посадок хмеля и увеличения объемов производства.

• -    Мобильное приложение (MobileApps) используется для управления посевами, получения консультаций по агротехнике, продвижения товаров и отслеживания рыночных цен, в отрасли хмелеводства может найти применение в налаживании контактов с потребителями хмеля.

• -    Дроны и роботы в сельском хозяйстве применяются для наблюдения за посевами, может найти применение в отрасли хмелеводства при отслеживании процессов созревания хмеля, планировании сбора.

• -    Интеллектуальная отчетность (BigDataAnalytics) применяется для выявления трендов, потоков информации и составления прогнозов, на основе накопленных за долгие годы массивов данных.

Одной из ключевых технологий в сельскохозяйственной сфере являются устройства Интернета вещей и сенсоры, применяемые для отслеживания состояния животных и контроля параметров окружающей среды, таких как влажность и температура.

В этой связи следует выделить проблемы и перспективы в отрасли хмелеводства в современных условиях на основе инструментов цифровизации:

• -    несмотря на успехи, необходимо развивать инфраструктуру для поддержки IoT и ИИ, включая сеть высокоскоростного интернета в сельских районах;

• -    дефицит квалифицированных специалистов в области цифровых технологий остается актуальным вызовом, что требует масштабное обучение и переподготовку работников отрасли хмелеводства;

• -    нехватка оборудования для сбора и обработки хмеля решается за счет создания роботизированного оборудования позволяющее решить нехватку кадров в отрасли, повысить производительность сбора и обработки хмелевого сырья.

Заключение. Проведенное исследование позволило провести оценку цифровизации и искусственного интеллекта в развитии отрасли хмелеводства в

России.

В заключение, можно утверждать, что успешная интеграция цифровых технологий и искусственного интеллекта в хмелеводство России заложит основу для долгосрочного устойчивого развития отрасли.