Компьютерные технологии в сельском хозяйстве

С развитием научно-технического прогресса и компьютерных технологий возникла тенденция компьютеризировать и автоматизировать процессы производства в самых различных сферах деятельности. Компьютеры помогают людям в работе, образовании, научных исследованиях и досуге. Поэтому, компьютерные технологии глубоко интегрированы в любую работу человека. В действительности нельзя представить, что в мире есть профессия, в которой не используется компьютер или другой продукт информационных технологий.

Однако долгий период времени существовало мнение, что сельское хозяйство не является привлекательной сферой вложения капитала для инвесторов. Считалось нецелесообразным вложение средств ради создания высокотехнологичной инфраструктуры и повышения эффективности результатов труда из-за весьма длительного производственного цикла, природно-климатических рисках, больших потерь урожая, хранении и неспособностью автоматизировать биологические процессы. Применение информационных технологий определялось лишь использованием компьютеров при экономических и финансовых расчетах.

Большое развитие компьютерных технологий в сельском хозяйстве произошло в то время, когда была разработана система контроля полного цикла животноводства и растениеводства технологическими кампаниями вместе с партнёрами из агропромышленного комплекса. Благодаря оборудованию и специальным приборам, которые смогли измерить характеристики почвы, растений, животных, а также сети коммуницирования, объединённых в единую сеть Интернет, мощных компьютеров, облачных сервисов и программного обеспечения, возникла возможность информатизировать и автоматизировать большую часть процессов, происходящих в АПК.

Использование новейших информационных технологий в производственных процессах сельского хозяйства предусматривает систематическое пополнение информацией из разнообразных источников, например, при помощи интернета из любой точки местности в нужное для работника время. Например, постоянное получение фермерам информации об определённых прогнозах доступно в течение дня. Это делает возможным эффективное и рациональное использование различных химических средств защиты растений. Кроме того, это способствует снижению риска загрязнения окружающей среды. Разработаны информационные системы, предупреждающие фермеров о появлении как вредителей, так и болезней растений.

Все это свидетельствует о том, что компьютерные технологии имеют огромные достоинства и преимущества. С помощью информационных систем, если их использовать рационально на предприятиях аграрного сектора, то есть шанс улучшить такие важные параметры как, чёткая согласованность действий, оперативность; рост темпов произ- водства, улучшение качества сельхозпродукции. Компьютерные технологии дают возможность наблюдать за ходом осуществления, вовремя распознать различные поломки и ликвидировать их пока они не ухудшили состояние дел в хозяйствах. В настоящее время это особенно актуально так как поломка, или неисправность могут привести к остановке всего процесса производства.

Тенденция применения информационных технологий в аграрном секторе набирает темп развития. По прогнозам исследователей из ООН, население Земли составит 9,8 млрд человек к середине века. Чтобы накормить такое население потребуется продовольствия в 1,7 раз больше, чем производится в настоящий момент. Это говорит о том, что важно максимально повысить продуктивность сельского хозяйства.

Патрик Смокер (Patrick Smoker), руководитель отдела и старший менеджер по информационным технологиям в Общественном университете Пердью (Purdue University), США говорит: «Наша главная задача - накормить мир. Для этого, чтобы прокормить примерно 10 млрд человек к 2050 году, мы должны значительно повысить результативность в плане производства продуктов питания».

Для обеспечения достаточного объёма продукции необходимо использовать систему точного земледелия. Что мы понимаем под точным, или координатным земледелием? Оно представляет собой комплексную высокотехнологичную систему на основе компьютерных и спутниковых технологий управления сельским хозяйством. Структура системы охватывает географические информационные системы (GIS), технологии глобального позиционирования (GPS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies), технологию переменного нормирования (Variable Rate Technology), технологии дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и решения технологии «интернет вещей» (IoT).

Учёные считают, что точное или координатное земледелие связано с понятием «неоднородность» в границах одного поля. Чтобы обнаружить и проанализировать эти неоднородности используются передовые технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Galileo), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы для агроменеджмента на базе геоинформационных систем (ГИС). Полученные данные применяются при планировании посевов, расчёте норм при внесении удобрений и средств защиты растений (СЗР), более точного прогноза получения урожая и финансового планирования. На основе этой концепции необходимо учитывать местные свойства почвы и условия климата. Это даст возможность понять местные причины появления болезней и уплотнений.

В период рыночной экономики в агробизнесе имеется тенденция, которая стремится повысить максимально прибыль, осуществляя приоритетные затраты на удобрение только тех участков поля, где они требуются. Учитывая эту тенденцию, производители АПК внедряют технологии переменного или дифференцированного внесения удобрений на участках поля. Причём вносятся они на тех участках поля, которые обнаружены с помощью GPS-приёмников и где потребность в определённой норме удобрений выявлена агротехнологом при помощи карт агрохимобследования и урожайности. Исходя из этого, количество внесённых удобрений и норма опрыскивания на отдельных земельных участках становится меньше средней. Удобрения перераспределяют с учётом тех мест, где требуется их больше. Таким образом имеет место оптимизация процесса внесения удобрений в почву [1].

Точное, или координатное земледелие может применяться для улучшения состояния земель и агроменеджмента, для уменьшения отрицательного влияния на окружающую среду. И проводить его следует по следующим направлениям:

• •    агрономическое: сельскохозяйственное производство совершенствуется за счёт существующей потребности культуры в удобрениях,

• •    техническое: совершенствуется тайм-менеджмент на уровне хозяйства, улучшается планирование сельскохозяйственных операций

• •    экологическое: точная оценка потребностей культуры в азотных удобрениях приводит к сокращению внесения азотных удобрений, что уменьшает отрицательное влияние сельхозпроизводства на окружающую среду

• •    экономическое: продуктивность агробизнеса повышается за счёт уменьшения затрат на внесение азотных удобрений и роста производительности

Важную роль в точном земледелии играют электронные карты. Что дают электронные карты? Они дают возможность создавать точные инструкции о том, сколько вносить удобрений, норму семян при посадке, количество необходимой воды для того, или другого земельного участка. Эти инструкции используются компьютеризированной сельхозтехникой, которая работает в поле. При этом машина обрабатывает поле, регулируя семена и удобрения с помощью спутниковой системы, а человек следит за тем, как выполняются инструкции.

Электронная запись и сохранность хронологий полевых работ и урожаев играет положительную роль в принятии правильных заключений и при составлении специальной отчётности о производственном цикле на сельхозпредприятии, которая всё чаще требуется законодательством западных стран.

Электронная карта даёт возможность сотруднику предприятия сохранить результаты проведённого анализа почвы в виде слоя электронной карты. Также могут быть и другие слои: предшествующие культуры, удельное сопротивление почвы, кислотность и другие.

Имеются следующие способы изготовления данных карт:

Оцифровка контуров при помощи объезда полей, но для этого необходимо иметь GPS-приёмник на сельскохозяйственной технике;

Обозначение и оцифровка границ полей по растровым аэрофотоснимкам. Это могут быть и снимки из космоса. При этом растровый снимок, который подвержен векторизации, должен быть правильно откорректирован и обладать приемлемым разрешением, иначе качество векторизации или оцифровки полей по снимку будет неудовлетворительным.

Несмотря на то, что Российская Федерация владеет огромным банком плодородных земель в мире, тем не менее на конец 2018 года она занимала 15-е место по уровню цифровизации сельского хозяйства. Всего лишь 3% хозяйств использует точное земледелие. Если мы проведём сравнительный анализ с США и странами Евросоюза, то в США используют 60% агрохозяйств, а в странах Евросоюза 80%.

Проблема продуктивного и интенсивного развития сельского хозяйства в нашей стране есть следствие низкого уров- ня технологической оснащённости, которая определяется: 1. Техническим и технологическим уровнем промышленности 2. Нехваткой кадров и недостаточно высокой их квалификацией. Зарубежный опыт ведения сельскохозяйственных работ уже напрямую связан с компьютерными технологиями, в России это направление требует большой работы.

В действительности, фермер пытается минимизировать затраты, увеличить прибыль и улучшить качество продукции, а также автоматизировать процессы производства. Разработка высоких технологий и внедрение их в сельское хозяйство требует больших финансовых, технических затрат, а также специалистов, которые имеют узкий профиль; поэтому не каждый фермер или даже аграрное предприятие может позволить использовать точное земледелие. Это могут позволить крупные фермерские хозяйства и агропромышленные объединения. Благодаря федеральным субсидиям, ведомственным проектам Министерства сельского хозяйства России (например, «ЦИФРОВОЕ СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО» и др.) и появлению новых технологических компаний на рынке, которые снижают цены на свои услуги и предлагают более выгодные решения в условиях конкуренции.

В настоящее время в Российской Федерации внедряются технологии по контролю условий роста сельскохозяйственных культур. Эти технологии представляет собой группу почвенных датчиков, системы, которые управляют поливными устройствами, метеостанций и приборами для внесения удобрений в почву. Комплекс способен иметь до 128 почвенных датчиков. Он имеет автономное питание. Информация с датчиков подвергается обработке при помощи внутреннего контроллера и отправляется для дальнейшего анализа на сервис.

Оборудование с приёмниками ГЛОНАСС способно осуществлять посев зерновых культур с погрешностью до двух сантиметров. Маршруты агротехники полностью автоматизированы. Любые отклонения от маршрутов отслеживаются и записываются, а также могут регулироваться в режиме реального времени. Спутниковые карты ГНСС (Глобальная навигационная спутниковая система) или по-другому ГНСС-технологии собирают урожай на тех участках, где он созрел, в то время как на других участках он ещё дозревает.

Рынок компьютерных технологий в отрасли оценивается в 360 млрд. рублей Об этом говорят данные Министерства сельского хозяйства РФ, озвученные в феврале 2018 года на конференции «Точное земледелие 2018».

В конце 2018 года Министерство сельского хозяйства утвердило программу «Цифровое сельское хозяйство» с целью включения в программу «Цифровая экономика». Данная программа рассчитана до 2021г., то есть на 3 года. Она включает большое количество мероприятий. Основным является построение «серьёзной инфраструктуры» на сельскохозяйственных территориях. В России «по статистике», на 20% таких территорий есть 3G. Этого недостаточно.

Кроме того, следует отметить, что на многих территориях нет связи. Необходимо снабдить качественным сигналом комбайны, трактора и другую технику.

Одной из существенных проблем в сфере информационных технологий в АПК является дефицит кадров. Если сравнить зарплату главного агронома и ИТ-специалиста, то последний получает больше, чем главный агроном. Ещё одной немаловажной проблемой является зависимость от западных технологий. Известно, что приблизительно 95% технологий в АПК – зарубежные.

Перед зарубежными государствами стоят задачи по максимальному увеличению производительности аграрного комплекса и максимальной отдачи с единицы площади за счёт точного земледелия. Что касается нашей страны, то для нас первостепенной задачей является ускоренное развитие и применение технологий с целью повышения производительности в отрасли.

Сельское хозяйство становится сектором с очень обильным потоком информации. Информацию получают от различных устройств, расположенных в поле, на ферме, от датчиков, агротехники, метеорологических станций, дронов, спутников, внешних систем, партнерских платформ, поставщиков. Устройства дают возможность иметь информацию нового качества, находить закономерности, создавать добавочную стоимость для всех вовлеченных участников, применять современные научные методы обработки данных. Получаемая информация в АПК позволит принимать правильные решения, уменьшающие риски и способствующие росту бизнеса производителей.

У фермеров, агрономов, консультантов есть возможность работать с мобильными или онлайн-приложениями, которые при вводе данных о своём поле (конкретное местоположение, площадь, вид посевов, урожайность прошлого года) дают чёткие рекомендации по этапам деятельности, учитывая исторические и современные факторы, как на своём участке, так и во внешнем окружении, сочетая показатели с техники, датчиков, дронов, спутника, других внешних приложений. Программа способна помочь установить удачное время для посадки семян, внесение удобрения, время полива и сбора урожая, просчитать время погрузки и доставки груза до покупателя; следить за температурой в месте хранения и перевозки. Это поможет предотвратить порчу продукции и доставить ее свежей; прогнозировать урожай и прибыль, получать рекомендации по улучшению обработки растений в сравнении с предыдущими результатами.

По прогнозам экспертов Минсельхоза, информатизация сельского хозяйства принесёт вклад в экономику в 2024 году - до 8,9 трлн. руб.; рост экспортной выручки в перспективе 2025 года до 45 млрд долл. При этом объем использования компьютерных технологий может увеличиться на 22%, причём за счет цифровизации только одной отрасли - сельского хозяйства.