Научно-образовательный производственный центр Орловского ГАУ, как база для апробации инновационных технологий

Введение. Научно-образовательный производственный центр (НОПЦ) «Интеграция» является структурным подразделением ФГБОУ ВО Орловский ГАУ. Он создан для материально-технического обеспечения производственной, учебно-практической, научно-исследовательской и инновационной деятельности университета в области растениеводства, животноводства, переработки, хранения и реализации продукции, механизации и электрификации сельского хозяйства, подготовки и переподготовки кадров, улучшения качества используемых земельных ресурсов, повышения экономической эффективности производственных процессов хозяйства, создания условий для апробации и трансферта инновационных технологий.

Общая площадь земель сельскохозяйственного назначения в НОПЦ «Интеграция» составляет 5759,5 га, из которых площадь пашни занимает 4972 га или 86,3% (рис. 1). На 2019 год вовлечено в оборот 55 полей, занятых под различными сельскохозяйственными культурами. Кроме того, для проведения научных исследований (в том числе – многолетних полевых опытов) используется разделенное на 2 участка опытное поле университета, общей площадью 65,5 га.

Парк сельскохозяйственной техники, машин и оборудования в НОПЦ «Интеграция» в 2019 году составил более 30 единиц.

Рисунок 1 – Опытно-производственные участки НОПЦ «Интеграция» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

Цель работы. Исследование и внедрение элементов цифровых технологий с целью повышения эффективности производственной деятельности НОПЦ «Интеграция», сельскохозяйственных организаций области, опытного хозяйства аграрного вуза.

Условия, материалы и методы. На базе НОПЦ «Интеграция» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ реализуется проект по деятельности Центра компетенций цифрового сельского хозяйства в Орловской области. Именно здесь, с помощью коллег из территориального инновационного кластера ГЛОНАСС К57, на основе комплексной системы управления «Agro Network Technologies» (ANT), разработан, внедрен в хозяйственно-экономическую деятельность НОПЦ и пополняется актуальными данными программный продукт, по сути – цифровая платформа опытного хозяйства (рис. 2). Являясь ядром цифровой трансформации всех производственных и экономических процессов, данная программа способна упорядочить и структурировать поток информации, визуализировать отдельные этапы производственного цикла, предоставить актуальную и интуитивно понятную базу для принятия обоснованных управленческих решений. На данном этапе задокументировано около 40% всех работ, реализовано порядка 70% возможностей системы.

Рисунок 2 – Скриншоты электронной комплексной системы управления НОПЦ «Интеграция» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ на основе программного продукта «Agro Network Technologies»

Результаты и обсуждение. Результаты практической реализации заявленных направлений на сегодняшний день – это оснащение 20 единиц сельскохозяйственной техники и транспортных средств НОПЦ «Интеграция» системами контроллеров, датчиков и видеокамер. Универсальные бортовые программируемые контроллеры LINE WAY, серии L для мониторинга транспортных средств компании ООО «Фарватер. CAN технологии», установленные на автотранспорте НОПЦ «Интеграция», позволяют определять координаты транспортного средства по сигналам ГЛОНАСС/GPS, их передача на сервер и (или) запись на внутреннюю энергонезависимую память; передавать на сервер и (или) запись на внутреннюю энергонезависимую память информации о текущем состоянии подключенных дискретных и аналоговых входов; контроль манеры езды водителя при помощи встроенного акселерометра; контроль топлива посредством датчиков уровня топлива (ДУТ), также установленными на технике и т.д. Оборудование, смонтированное на сельскохозяйственной технике обеспечивает считывание и передачу информацию по 23 параметрам рабочего процесса.

Выполнена оцифровка полей НОПЦ «Интеграция» на площади более 5 тыс. га. На опытных полях НОПЦ «Интеграция» проводится тестирование беспилотных летательных аппаратов, выполняющих задачи по прецизионному внесению химических средств защиты растений на опытных селекционных делянках.

Заявлен ряд инициативных тем по выполнению НИОКР в рамках цифровизации сельского хозяйства. В рамках подготовки специалистов для выполнения задач Центра компетенций проведено обучение научнопедагогических кадров университета на экономическом факультете, факультетах Агробизнеса и экологии, Агротехники и энергообеспечения. В рамках образовательного процесса проводятся факультативные занятия по цифровизации сельского хозяйства с обучающимися университета.

Разработана учебная программа для переподготовки руководителей и специалистов хозяйств.

В ближайших перспективах – адаптация системы АNТ к программе «1С бухгалтерия», подключение к комплексной системе управления предприятием приобретенной университетом и используемой для получения метеоданных и температурно-влажностных показателей почвы и листа автоматически.

Активно внедряется в опытном хозяйстве университета беспилотник коптерного типа, разработки отечественной компании AgroFly. Квадрокоптер применяется для оцифровки контуров полей с погрешностью не более 20 см., контроля состояния полей, определения карт высот и мест водотоков, визуального мониторинга состояния посевов, определения координат расположения нор грызунов, а также для своевременного выявления чрезвычайных ситуаций на полях. Осуществляется подготовка условий для реализации технологий NDVI [6].

В целях повышения эффективности производственной деятельности НОПЦ «Интеграция» внедрены следующие программы по цифровизации сельского хозяйства:

̶ АНТ. Система позволяет провести инвентаризацию и паспортизацию технологических карт, планировать сезоны с учётом истории севооборота и химического состояния почвы, планировать календарный план мероприятий на полях с учётом метеоусловий, проводить спутниковый мониторинг посевов, определять зоны неоднородности развития поля с дальнейшим их фитосанитарным обследованием, осуществлять мониторинг техники с оценкой качества выполнения работ;

̶ Wialon Hosting ‒ версия системы GPS и ГЛОНАСС мониторинга с широким пользовательским функционалом и гибкими возможностями конфигурирования. Постоянные улучшения и доработки системы позволяют Wialon Hosting стать одной из передовых систем автотранспортного мониторинга. Облачные решения сводят к минимуму расходы, возникающие в процессе приобретения серверного программного обеспечения, а также его установки и администрирования.

• -    Agisoft Metashape Professional компании «Геоскан». Данный продукт представляет собой программное обеспечение, используемое при обработке данных, поступающих от БПЛА. Программа максимально раскрывает возможности фотограмметрии, а также включает в себя технологии машинного обучения для анализа и пост-обработки, что позволяет получать максимально точные результаты. ПО Metashape позволяет обрабатывать изображения, получаемые с помощью RGB- или мультиспектральных камер, включая мультикамерные системы, преобразовывать снимки в плотные облака точек, текстурированные полигональные модели, геопривязанные ортофотопланы и цифровые модели рельефа/местности (ЦМР/ЦММ). Последующая обработка дает возможность удалять тени и искажения текстур с поверхности готовых моделей, выполнить расчет вегетационных индексов и составлять файлы предписаний для агротехнических мероприятий, классифицировать плотные облака точек в автоматическом режиме и т.д.

Орловской фирмой «Агрофлагман» внедряются разработки, основанные на сквозном контроле уборки зерновых культур и их последующей транспортировке с поля к местам хранения. Их базисом является система «свой-чужой». В ее основу положено оснащение каждого комбайна индивидуальным считывателем информационных данных, а каждый грузовик – активной меткой. Как результат – сводится на нет возможность погрузки зерна в транспорт, не принадлежащий агропромышленной компании. Параллельно происходит фотофиксация выгрузки зерна. В итоге система позволяет не только предотвратить воровство, но и составить аналитику эффективности работы комбайна: понять, сколько он собрал зерна, оптимально ли подобран режим работы.

Телематическое оборудование было предоставлено московским резидентом кластера компанией «Фарватер». В ближайшее время она также оснастит опытное хозяйство гидрометеостанцией.

С НОПЦ «Интеграция» сотрудничает также ведущий национальный оператор услуг спутникового мониторинга и охраны мобильных объектов компания «ЕНДС», «Центр космических услуг Орловской области». Интерес к работе с «Интеграцией» проявил крупнейший российский производитель специального оборудования московское КБ «Навис». В планах – закупка дополнительных беспилотных летательных аппаратов, которые позволили бы более тщательно оцифровывать поля, рассчитывать урожай с высокой точностью по растительному индексу NDVI посевов во время вегетации.

Говоря о тестировании, работающие с персоналом специалисты в подавляющем большинстве случаев подразумевают электронное тестирование персонала, его активно используют на опасных объектах. Современная IT-инфраструктура позволяет легко организовать, провести и обработать результаты тестирования тысяч и десятков тысяч работников. Возможности информационных технологий переживают взрывное развитие, при этом нормативно-правовая база, регламентирующая проведение подготовки, обучения и последующей проверки знаний работников АПК, часто отстает от прогресса. Так, в 2019 году в деятельность НОПЦ «Интеграция» была внедрена разработанная на кафедре

Техносферная безопасность мультимедийная система предоперационного экспресс-контроля для работников АПК [1, 2]. Это позволит снизить уровень травматизма, так как контроль обучения будет проводится за всеми работниками одинаково строго, независимо от их стажа работы.

Еще одной интересной разработкой ученых ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, в рамках цифровизации сельского хозяйства, является программа ЭВМ [3] для оценки степени модернизации технической базы сельского хозяйства региона (ОСМ ТБ).

Важно заметить, что объективная и оперативная оценка использования сельскохозяйственной техники - вопрос многогранный. К нему существует достаточно много подходов. По мнению авторов [4, 5], оценивать техническую оснащенность и эффективность использования техники необходимо на уровне государства, региона и организации. Причем на каждом уровне существуют свои особенности экономической оценки, которые формируются исходя из целей оценки и информационной базы. Оценка показателей технической оснащенности, энергобеспеченности, энерговооруженности, объемов внесения удобрений, породный и сортовой состав, трудоёмкость, средней мощности парка и возрастной структуры может позволить сделать выводы об уровне технологического развития сельского хозяйства региона, дать исходную информацию для принятия решений о механизмах и направлениях государственной поддержки технологической модернизации агробизнеса.

Использование данного программного продукта на уровне хозяйства, представляет возможность формировать необходимую для принятия адекватного управленческого решения информационную базу, начиная с отдельной сельскохозяйственной организации.

Заключение. Все разработки после апробации в НОПЦ «Интеграция» внедряются в жизнь в хозяйствах Орловской области, а университету помогают готовить современные высококвалифицированные кадры и создавать научнообоснованную и систематизированную систему действий по внедрению инициатив нового направления в опытных хозяйствах аграрных вузов, с учетом действующих условий.

Цифровое опытное хозяйство решает следующие основные задачи:

• -    развитие материально-технической и учебно-производственной базы университета;

• -    повышение эффективности и снижение затрат опытнопроизводственной деятельности НОПЦ «Интеграция», на основе использования комплексных сквозных цифровых технологий;

• -    реализация научно-экспериментальной и внедренческой деятельности в сфере цифровой трансформации сельского хозяйства;

• -    телематика данных о внедренных в Цифровое опытное хозяйство цифровых технологий, стоимости вложений, затрат на обслуживание, сокращении издержек, повышении урожайности и производительности бизнес-процессов, видео технологических процессов и др., для использования при проведении конференций как за пределами Цифрового опытного хозяйства, так и на его территории с возможностью выездной демонстрации технологических процессов;

• -    подготовка высококвалифицированных специалистов в сфере цифрового сельского хозяйства;

• -    ускорение развития отечественной электронной и радиоэлектронной промышленности, применительно к сельскохозяйственному производству.

Основными направлениями работы Цифрового опытного хозяйства определены:

• -    формирование объективного мнения всеми хозяйствующими субъектами АПК Орловской области об эффективных цифровых технологиях;

• ̶    проведение опытных работ по цифровой трансформации всех видов деятельности НОПЦ «Интеграция»;

• ̶    внедрение в процессы управления НОПЦ «Интеграция» технологий «национальной технологической инициативы» – АгроНТИ;

̶ предоставление обучающимся университета возможности прохождения практики в экспериментальном цифровом опытном хозяйстве на базе НОПЦ «Интеграция», а также возможности учреждения на базе СП центров переподготовки кадров.

Следует отметить, что реализация задач цифровой трансформации сельскохозяйственного производства, на базе учебно-опытного хозяйства университета, во многом стала возможна, благодаря поддержке Минсельхоза России. В рамках выполнения университетом государственного задания по бюджетному финансированию НИР в 2019 г., была успешно выполнена тема «Разработка концепции по развитию экспериментального цифрового опытного хозяйства, создаваемого на базе высшего образовательного учреждения (на примере Орловского ГАУ)» [7, 8].

Учитывая значительные результаты работы и опыт ФГБОУ ВО Орловский ГАУ в области создания условий для внедрения на своей базе элементов цифровых технологий, в рамках государственного задания по бюджетному финансированию НИР на 2020 год, Минсельхозом России сформулирована новая важная задача. Совместно со специалистами компании ООО «Фарватер – CAN технологии» будут реализованы исследования, разработки и практические мероприятия, направленные на комплексное применение методов дистанционного зондирования, сенсоров, датчиков и IT-технологий. Целью данного проекта станет разработка комплексной системы обеспечения цифровой трансформации технологических процессов в растениеводстве. Работа будет выполняться на базе экспериментального цифрового хозяйства университета. Содержание исследований:

• ̶    обеспечение бесперебойной передачи цифровых данных в условиях недостаточного покрытия GSM – связью;

• ̶    организация системы передачи цифровых данных с удаленных участков полей с помощью локальных радиомодулей;

• ̶    интеграция IT-сенсоров и датчиков в систему непрерывного дистанционного зондирования;

̶ разработка методики прогнозирования вегетационных процессов растений, с использованием датчиков метеостанции Сокол-М.

Результаты этой работы позволят расширить спектр собственных исследований, а также создать ряд новых продуктов и научно обоснованную и систематизированную систему действий по внедрению инициатив нового направления в опытном хозяйстве аграрного вуза, сельскохозяйственных организациях, с учетом действующих условий.