Определение равномерности хода машины по ширине захвата наземным способом и с помощью БВС

Земельные ресурсы являются важным средством сельскохозяйственного производства. Для успешного возвращения запущенных и деградированных угодий предусмотрено применение специализированных технологических комплексов.

Равномерность хода мобильного агрегата при выполнении технологических операций по обработки почвы является важнейшим параметром высокопроизводительного использования машинно-тракторных агрегатов, что достигается при определенных значениях мощности двигателя, массе и скорости движения.

Ширина захвата мобильных агрегатов при выполнении технологических операций по возделыванию и уборке сельскохозяйственных культур является важнейшим параметром высокопроизводительного использования машинно-тракторных агрегатов, что достигается при определенных значениях мощности двигателя, массе и скорости движения.

Скорость движения МТА устанавливается относительно выполнения качества работы, однако во многих случаях скорость, определяемая энергонасыщенностью агрегата, не может быть реализована ввиду агротехнических ограничений, и тогда определяющим критерием, отражающим всю совокупность факторов, действующих при — приведенные издержки на единицу площади.

Целесообразность использования технических средств зависит от достоверной оценки состояния запущенных земельных ресурсов, которое оценивается комплексом показателей, важнейшими из которых является твердость, плотность, влажность, степень задернелой почвы, толщина задерненного слоя, микрорельеф, растительные остатки, травянистая и древесная растительность.

Материалы и методы: Исследования проводились с использованием БПЛА DJI Matrice 200 v2, мультиспектральной камеры Micasense Altum, и мультичастотного GNSS приемника EMLID Reach RS2 (Рисунок 1). После каждого полета собранные данные обрабатывались с помощью программного обеспечения Pix4Dmapper и Agisoft Metashape [1]. В процессе обработки создавались: ортофотоплан, цифровая модель местности (ЦММ) и цифровая модель поверхности (ЦМП) [2].

Рисунок 1. БПЛА DJI Matrice 200 v2 с мультиспектральной камеры Micasense Altum

Также было применено наземное оборудования такое как, рулетка, линейка металлическая, весы, рамка деревянная размером 100 см х100 см, комплект почвенных решет с погрешностью измерения + 1 см, весы, рамка 0,5х0,5 м.

Отклонение рабочей ширины захвата (фактической) от конструкционной, %, вычисляют по формуле:

∆B = Bф-Bк ∙ 102, Bк ,

где B ф – рабочей ширины захвата (фактическая), м;

B _к – конструкционная ширина захвата, м;

∆B –отклонение рабочей ширины захвата от фактической.

Среднего арифметическое выборки значения:

∑B ф

Bср = N ,

где ∑B ф – сумма рабочей ширины захвата, м;

N – количество измерений, м;

B _ср –среднее арифметическое выборки значение.

Таким образом найденное среднее арифметическое значение выборки позволит произвести расчет стандартного отклонения:

^∑(X 1…50 ^-B ср )² σ= _N ,

где Xi– разницу выборки и среднего значения, м;

N - количество измерений, м;

В _Ср -среднее арифметическое выборки значение, м.

Для того чтобы узнать на сколько вариабельной является выборка в данном исследование произведен расчет коэффициента вариации, согласно которому выборка имеет градацию в процентном соотношении: при <10% выборка слабо вариабельна, при 10% - 20 % — средне вариабельна, при >20 % выборка сильно вариабельна.

V = -^ • 100%,                                (4)

Bср где V - коэффициент вариации, м;

о - стандартное отклонение, м;

В _ср -среднее арифметическое выборки значение.

Результаты и обсуждения:

В условиях производственной эксплуатации неравномерность хода машиннотракторного агрегата (МТА) по ширине захвата, способствует потере технологических качеств современного оборудования, что приводит к не рациональному использованию. В результате снижается эффективность машинно-тракторного парка, повышается себестоимость производимой сельскохозяйственной продукции, нарушаются требования экологии. Для устранения этих ошибок следует обратить внимание на правильность выполнения операций равномерности хода машинно-тракторного агрегата (МТА) по ширине захвата [3].

Рабочую ширину захвата плуга определяют по двум проходам в 50 точках, расположенных с интервалом не менее 1 м по ходу движения агрегата на каждом учетном проходе. Для этого перед учетным проходом агрегата устанавливают 50 кольев на расстоянии от обреза стенки борозды равном ширине захвата плюс 1 м. После учетного прохода агрегата проводят измерения от каждого колышка до обреза борозды.

Число измерений - не менее 50. Погрешность измерений - ±1 см.

Рабочую ширину захвата вычисляют по разнице измерений до прохода и после прохода агрегата. Полученные данные обрабатывают статистическим методом с получением среднеарифметического значения ширины захвата, стандартного отклонения и коэффициента вариации. Вычисления проводят с округлением до первого десятичного знака.

Допускается определение рабочей ширины захвата при помощи маркера, присоединяемого к заднему корпусу плуга. Для этого измеряют расстояние между двумя смежными линиями, прочерченными маркерами при двух смежных проходах.

Для определения равномерности хода машины по ширине захвата с помощью БВС, была осуществлена аэрофотосъемка с мультиспектральной камерой исследуемого участка, после вспашки и составлена Цифровая модель поверхности с отмеченной на ней через 1 метр учетные линии для измерения ширины захвата (Рисунок 2).

Цифровая модель поверхности - это цифровое представление участка земной поверхности, полученное путём обработки материалов аэрофотосъемки (топографической съёмки), и передающее точные данные о высоте земной поверхности, включая здания, растительность и любые другие высотные (вертикальные) объекты, которые присутствовали на момент съёмки [4].

В программе Agisoft Metashape по данным аэрофотосъемки были построены цифровая модели поверхности (ЦМП). ЦМП передает точные данные о высоте земной поверхности, точное расстояние до объекта растительность и любые другие высотные (вертикальные) объекты, которые присутствовали на момент съёмки [5]- [6].

Рисунок 2 – ЦМП с учетные линии для измерения ширины захвата

Сравнительный анализ ЦМП поля показал, что поверхность поля имеет наиболее ровный рельеф на всей площади и имеет минимальный естественный уклон [7].

На основании контрольных наземных и дистанционных измерений построен график, точности данных измерений (Рисунок 3).

На данном графике на осе абсцисс обозначено количество проводимых замеров в данном исследовании, а на оси ординат отмечен диапазон ширины захвата начиная от конструкционной ширины захвата, которая составляет 2,30 метра до максимальной фактической при выполнении вспашки.

2,2

1          8         15         22         29         36        43         50

^^^^^™ Наземные измерения

^^^^^™ С помощью БВС после фотограмметрической обработки

Рисунок 3 – Значения проведенных исследований определения равномерности хода машины по ширине захвата

На основе данных воздушных и наземных измерений, рассчитаны такие критерии как: сумма ширины захвата, среднее арифметическое значение, стандартное отклонение коэффициент вариации и отклонение рабочей ширины захвата (фактической) от конструкционной (Таблица 1) [8].

Таблица 1 – Сравнительные статистические данные наземных и воздушных измерений

Измерение	Расстояние до маркера или расстояние от колышков до обреза борозды, после прохода	Рабочая ширина захвата	Результаты воздушных измерений с помощью БВС
Сумма	119,6	115	119,44
Ср. арифметическое значение	2,39	2,30	2,38
Стандартное отклонение, ± м	0.31	-	0,38
Коэффициент вариации, %	12	-	15
Отклонение рабочей ширины захвата от конструкционной, %	3,9	-	3,4

Разработан алгоритм определения равномерности хода машины по ширине захвата дистанционным способом (Рисунок 4). Исследования в направлении создания новых принципов мониторинга почвы, которые основаны на бесконтактных методах, позволят обеспечивать сельхозпроизводителей качественной и количественной оценкой физикомеханических и агротехнических свойств почвы, оценивать состояние сельхозкультур, и контролировать технологические операции.

Рисунок 4 – Алгоритм определения равномерности хода машины по ширине захвата

Получение зависимостей между результатами дистанционных измерений и наземными исследованиями позволит оперативно оценивать состояние почвы, сократить время и снизить расходы в 2 раза на проведение технологических операций по почвообработке. Такие данные создадут основу для принятия эффективных управленческих решений в сельскохозяйственном производстве.

Выводы

Разработан алгоритм определения равномерности хода машины по ширине захвата. Алгоритм, позволяет оценивать ход выполнения технологической операции дистанционным путем. Алгоритм сформирован на основе данных наземных и дистанционных измерений, согласно полученным зависимостям, вариабельность составляет 12% у наземных измерений и 15% у воздушных, на основании чего можно сделать вывод, что воздушные измерения являются более высокоточными и ориентированы на сокращения временных затрат.

Полученная зависимость между результатами, создадут основу для принятия эффективных управленческих решений в сельскохозяйственном производстве. Дистанционный способ, является перспективным направлением в сторону цифровизации и отхода от наземных измерений с целью внедрения в технологию точного земледелия.