применение цифровых технологий в овощеводстве. цифровые технолгии. Крищук Ольга Вячеславовна, студентка группы бааг31
 Скачать 1.77 Mb.
|
УДК 631.145 ББК 40.7 Крищук Ольга Вячеславовна, студентка группы Б-ААГ31, ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень; Руководитель Дронова Мария Владимировна, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Техносферная безопасность», ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень Применение цифровых технологий в овощеводстве Преимущества цифровизации в сельском хозяйстве проявляются в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, снижении материально-денежных затрат и трудозатрат, а также в оптимизации производственных издержек, что обуславливает экономическую эффективность. Технологии точного земледелия могут помочь смягчить воздействие сельского хозяйства на окружающую среду за счет сокращения использования удобрений и орошения при одновременном снижении затрат, а также методы цифровизации позволяют оказывать позитивное влияние на удовлетворение постоянно растущего спроса на продукты питания, обеспечивая при этом рациональное использование природных ресурсов. Однако продвижение информационных технологий в сельское хозяйство сталкивается с трудностями и требует учета массы обстоятельств. Например, характеристики полей и ферм, доступность и рентабельность используемого оборудования. Уровень цифровизации в аграрном секторе экономики значительно варьирует в разных странах и даже в отдельных регионах. Многие страны стремятся увеличить объем цифровизации сельского хозяйства, для чего требуется большие дополнительные усилия, особенно в области развития инфраструктуры. Для сокращения технологического отставания России от ведущих стран мира по уровню производительности труда в сельском хозяйстве за счет освоения цифровых и интеллектуальных технологий управления сельское хозяйство нуждается в прямой поддержке аграриев, осваивающих технологии и технику с высокой интеллектуальной составляющей, способной обеспечить конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность отрасли. В этой статье содержится полезная информация о цифровизации, о технологиях точного земледелия для овощеводов, о направлениях цифровой трансформации и об устройстве умных теплиц. Ключевые слова: цифровые технологии, сельское хозяйство, овощеводство, цифровизация, точное земледелие, умные теплицы. Цифровизация превращает сельское хозяйство в высокотехнологичный сектор экономики, где обрабатываются массивы больших данных, поступающих от многочисленных сенсоров, установленных в поле, на ферме, сельскохозяйственной технике, от метеостанций, спутников и других систем. Аналитическая обработка этих массивов позволяет получать ранее недоступную информацию, находить закономерности, позволяющие повышать эффективность управления сельскохозяйственным производством, улучшать работу агробизнеса и связь с потребителями. Основу «цифрового АПК» составляют информация от датчиков, математические модели анализа процессов производства и сбыта продукции, модерирование всей цепочки создания ее стоимости, планирования объема производства, качества продукции и прибыли. Программное обеспечение направлено на обоснование рекомендаций специалистам по улучшению технологий производства сельскохозяйственных культур по сравнению с достигнутыми показателями в прошедшие годы. В их основе лежат современные методы обработки информации, направленные на определение оптимального времени для посева, внесения удобрений, полива, уборки урожая, а также расчет времени доставки продукции потребителям. Современные методы обработки информации при разработке обоснованных рекомендаций для принятия управленческих решений специалистами сельского хозяйства базируются на анализе множественных факторов, влияющих на эффективность производства, их интеграции с различными интеллектуальными ИТ-приложениями, осуществляющих обработку данных в режиме реального времени. При этом полезность рекомендаций для специалистов увеличивается с ростом количества пользователей, подключенных в единую сеть и обменивающихся данными через облачные сервисы управления сельскохозяйственными предприятиями [1], [2]. В технологии точного земледелия в овощеводстве используются система географического позиционирования (GPS), географическая информационная система (GIS), искусственный интеллект (IoT), робототехника, сенсорные технологии, редактирование генома на основе данных и т.д., чтобы улучшить производство и качество овощей. Цифровое секвенирование генома, разработанное за последнее десятилетие, значительно сократило затраты и время, необходимые для картирования ДНК растений и других организмов. Цифровые методы секвенирования генома генерируют огромные объемы данных о последовательностях генома, которые, в свою очередь, помогают в селекции растений для конкретных полевых условий или желаемых признаков. Это сохраняет отличные перспективы для выращивания овощных культур в рамках нынешнего сценария земледелия, когда изменение климата заставляет переосмыслить всю практику ведения сельского хозяйства. Сокращение площади пахотных земель и неблагоприятное воздействие изменения климата на сельское хозяйство создают дополнительные проблемы, которые заставляют внедрять инновации в будущие системы производства продуктов питания для удовлетворения растущего спроса в ближайшие несколько десятилетий. Использование цифровых технологий может помочь в решении растущих проблем в сельском хозяйстве [3]. К ним относятся возрастающий глобальный спрос на продукты питания [4]; экологические проблемы, включая изменение климата, утрату биоразнообразия, деградацию почвы и загрязнение воды, а также растущее социальное давление, отражающееся во все более жесткой сельскохозяйственной политике [3]. Спрос на овощи постоянно растет. За последние годы в РФ значительно увеличились площади сельскохозяйственных угодий, используемых для выращивания овощей, и они очень ресурсоемки, например, с точки зрения использования пестицидов и удобрений, а также орошения [5-8]. При этом в обществе растет обеспокоенность негативным воздействием сельского хозяйства на окружающую среду. Поэтому фермеры и политики срочно ищут способы уменьшить воздействие сельского хозяйства на окружающую среду, а производители овощей оказываются в авангарде внедрения технологий. Точное земледелие–это современная процедура, используемая для повышения урожайности с использованием новейших технологий, облачных вычислений, информационных технологий (IoT), искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО). Применение технологии точного земледелия к различным аспектам процесса выращивания овощных культур представлено на рисунке.  Рис. 1 Применение технологий точного земледелия к различным аспектам овощеводства Многие типы данных могут быть собраны в течение вегетационного периода. Все они должны иметь географическую привязку с использованием технологии GPS и вводиться в базу данных GIS. Что касается практического применения, то в фермерских хозяйствах овощеводы используют датчики орошения и облачные метеорологические станции. Кроме того, востребованной является технология машинного зрения, на основе которого создаются технологии сортировки овощей. Использование новых технологий может помочь фермерам оптимизировать распределение ресурсов и тем самым способствовать снижению затрат, увеличению производительности и повышению эффективности использования ресурсов. Например, использование датчиков может способствовать лучшему мониторингу полей, чтобы такие ресурсы, как удобрения или пестициды, могли применяться в соответствии с ее потребностями [9], при условии, что производитель может использовать собранные данные и применить на практике. Технологии точного земледелия, такие как системы параллельного вождения и электронные измерительные системы [10], также могут иметь социальные последствия, такие как потенциальное повышение удобства работы за счет автоматизации повторяющихся задач или облегчения работы водителя и сокращение сроков выполнения обработок [11]. Однако, несмотря на потенциал точного земледелия, показатели его внедрения сильно различаются в зависимости от географических регионов и разных технологий [12,13]. Выделяется шесть основных направлений цифровой трансформации сельского хозяйства и научно-технологического развития в области «умного сельского хозяйства», предполагающие внедрение в субъектах Российской Федерации не менее пяти проектов полного инновационного комплексного научно-технического цикла сквозных цифровых систем классов: «умное сельскохозяйственное предприятие», «умное поле», «умная ферма», «умная теплица», «умный сад», основанных на современных конкурентоспособных отечественных технологиях, методах, алгоритмах и образцах систем и устройств, то есть внедрение информационных технологий оценки эффективности аграрной политики, прогнозирования и регулирования агропродовольственных рынков на федеральном и региональном уровне управления АПК, в том числе: в части субъекта управления: умное сельскохозяйственное предприятие; в части объектов управления: цифровые технологии в управлении АПК; умное землепользование; умное поле; умный сад; умная теплица; умная ферма (животноводство). в части функциональных моделей: цифровые технологии в управлении АПК; умное землепользование; умный регион. В одном из таких направлений, как “Умная теплица” в последние годы все активнее ведется внедрение автоматизированных и роботизированных решений на всех этапах тепличного овощеводства. Сейчас стала возможной частичная или полная автоматизация не только в процессе выращивания растений, но и в системе логистики, организации и управления производством, а также в зонах сортировки и упаковки, работа в которых является для людей довольно трудозатратой.Умная теплица или парник представляет собой каркасную конструкцию с одним или несколькими входами, расположенными на противоположных ее сторонах. Умная теплица позволяет создавать и поддерживать оптимальные условия для выращивания различных сельскохозяйственных растений. Базовые возможности умной теплицы позволяют: Регулировать температуру воздуха и контролировать поддержание заданного температурного режима; Создавать нужную влажность воздуха – для некоторых агрокультур этот параметр имеет критически важное значение; Сохранять в заданных пределах влажность грунта; Создавать дополнительное освещение в любое время года и регулировать освещенность пространства теплицы.  Сегодня на российском тепличном рынке очень активно применяются подвижные роботы и роботы-конвейеры, выполняющие большой объем работ. На территории России есть несколько крупных тепличных комплексов, на которых внедрены подобные решения. Причем все оборудование для роботизации производства импортное. спектр деятельности роботов обширен: их можно применять для приготовления субстрата, посева семян, предварительного опрыскивания растений органическими удобрениями, обеззараживания растений, сбора готовой продукции (рассады, овощей, фруктов) и ее сортировки, укладки, упаковки. Кроме того, роботы способны фиксировать количество продукции, взвешивать и транспортировать ее на склад для реализации, а также осуществлять переработку необходимой продукции. Робототехнику в тепличном овощеводстве можно разделить на две категории: роботы для сервисной зоны и роботы для рассадных и овощных отделений. Первая группа, решает задачи внутренней логистики и упаковки. Здесь речь идет о взаимодействии робота с тарой и упаковкой, поэтому в большинстве случаев задачи имеют слабовыраженную отраслевую специфику, а решения могут строиться на базе существующих промышленных роботизированных платформ. Такие решения отработаны и все чаще встречаются на рынке, но процент реализованных проектов с их применением пока еще невелик, т.к. им приходится конкурировать с менее гибкими автоматическими линиями, на стороне которых, как правило, большая производительность и меньшая стоимость. Вторая группа, решает задачи мониторинга, ухода за растениями и сбора урожая. Здесь уже речь идет о необходимости взаимодействия робота с растениями и, ввиду сложности и специфичности задач, все еще о прототипах, а не готовых продуктах для рынка. Таким образом, в тепличном овощеводстве роботы скорее редкость, но общий вектор на роботизацию не обходит отрасль стороной, и из года в год появляется все больше как новых идей, так и представляемых прототипов. Робот-скаут, используя технологии машинного зрения, может повысить точность и качество контроля за текущим состоянием растений, а также эффективность их биологической защиты. В перспективе по результатам обхода такой робот может выдавать объективную информацию о качестве вегетации и плодоношения, наличии и локализации патологий и вредителей. Робот-резчик может помочь в выполнении одной из самых массовых операций в теплице — удалении листа. Чистая скорость по удалению листа опытным работником в ближайшее время точно останется непревзойденной, но если говорить о производительности в неделю и, например, стоит задача дезинфекции ножа при переходе от растения к растению, то здесь уже робот может превзойти человека. Известен один прототип данного робота, работы над ним ведутся более 10 лет, и, несмотря на успехи в условиях испытательных теплиц, рыночное решение еще не готово. Еще один тип робота — робот-сборщик, призванный помочь непосредственно в сборе урожая. Существует более пяти прототипов подобных роботов, каждый из которых специализируется на своей культуре. Как и в случае с роботом-резчиком, данные роботы уступают в скорости человеку, но ставка делается на возможность круглосуточной работы. Пока что ни один из известных разрабатываемых в настоящее время прототипов не предполагает замену один в один текущих ролей людей на тепличном комбинате. Это говорит о том, что роботы в тепличном овощеводстве если и смогут изменить состав и принцип работ, то пока не заменят людей. полностью даже на отдельном участке.  Один из последних опросов текущего года среди американских фермеров, выращивающих овощные и плодовые культуры, об использовании цифровых технологий в практической работе, дал такие результаты.  В российском агробизнесе применение цифровых технологий пока находится на более низком уровне. Согласно исследованию проекта «Германо-Российский аграрно-политический диалог», проведенного в декабре 2018 года, вклад высоких технологий в экономику страны составляет чуть более 5% ВВП. Несмотря на это, цифровые технологии не являются для российского агробизнеса чем-то малоизвестным. В конце 2018 года компания Kleffmann Group провела исследование на тему осведомленности о технологиях точного земледелия среди российских сельскохозяйственных работников. В исследовании поучаствовало более 1700 фермеров из 66 областей страны. Исследование показало, что 73% опрошенных знакомы с точным земледелием. Однако, пока в России знание и практическое применение далеки друг от друга. [14]. Несмотря на то, что темпы освоения инноваций в мире значительно ускорились, сельское хозяйство России находятся на ранних этапах использования цифровых технологий, хотя условия для формирования цифровой платформы «Цифровое сельское хозяйство» уже созданы. Технологии точного земледелия предлагают потенциальное решение проблем продовольственной безопасности и защиты окружающей среды, но они будут успешными только в том случае, если их примут фермеры. Различные технологии, такие как GPS, многочисленные датчики и мобильные приложения, анализ больших данных и редактирование генома на основе накопленных данных могут использоваться для внедрения точных методов ведения сельского хозяйства различными способами, исходя из того, что они обеспечивают большую точность в принятии решений на практике. Точное земледелие объединяет сельскохозяйственное оборудование с программными платформами, которые отслеживают данные в овощеводстве и позволяют анализировать почвенные и климатические условия в конкретном месте, чтобы предоставить производителям советы относительно выбора семян, точного внесения пестицидов и удобрений. Отсутствие актуальной информации, связи и финансовой поддержки – вот некоторые из факторов, которые могут помешать внедрению точного земледелия. Список литературы ИТ в агропромышленном комплексе России [Электронный ресурс]. URL: https://clck.ru/TD9F4 (дата обращения 26.02.2023). Интернет вещей в сельском хозяйстве : мировой опыт, кейсы применения и экономический эффект от внедрения в РФ [Электронный ресурс]. URL: https://surfingbird.ru/surf/internet-veshchej-v-selskom-hozyajstveagriculture--2rFtaa478#.XHeZdrhn3cs (дата обращения 26.02.2023) Finger R., Swinton S.M., El Benni N., Walter A. Precision farming at the Nexus of agricultural production and the environment. Annual Review of Resource Economics. 2019;11(1):313–335. Hickey L.T., Robinson A.N.H., Jackson H., Leal-Bertioli S.A., Tester S.C.M., Gao M., Wulff B.B.H. Breeding crops to feed 10 billion. Nat Biotechnol. 2019;37(7):744–754 Королькова А.П., Кузнецова Н.А., Иванова М.И., Шатилов М.В., Ирков И.И., Ильина А.В., Кузьмин В.Н., Маринченко Т.Е. Экономические аспекты развития овощеводства России. М., ФГБНУ «Росинформагротех», 2021. 204 с. Федосов А.Ю., Меньших А.М., Иванова М.И., Рубцов А.А. Инновационные технологии орошения овощных культур. М., Изд-во Ким Л.А., 2021. 306 с. Солдатенко А.В., Меньших А.М., Федосов А.Ю., Ирков И.И., Иванова М.И. Повышение конкурентоспособности овощных культур к сорным растениям посредством совершенствования методов борьбы. Овощи России. 2022;(2):72-87. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2022-2-72-87 Федосов А.Ю., Меньших А.М., Иванова М.И. Дефицитное орошение овощных культур. Овощи России. 2022;(3):44-49. https://doi.org/10.18619/2072-9146- 2022-3-44-49 Walter A., Finger R., Huber R., Buchmann N. Opinion: Smart farming is key to developing sustainable agriculture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2017;114(24):6148–6150. Groher T., Heitkämper K., Walter A., Liebisch F., Umstätter C. Status quo of adoption of precision agriculture enabling technologies in Swiss plant production. Precision Agriculture. 2020;21(6):1327–1350. Ayerdi Gotor A., Marraccini E., Leclercq C., Scheurer O. Precision farming uses typology in arable crop-oriented farms in northern France. Precision Agriculture. 2019;21(1):131–146. Barnes A.P., Soto I., Eory V., Beck B., Balafoutis A., Sánchez B, GómezBarbero M. Exploring the adoption of precision agricultural technologies: A cross regional study of EU farmers. Land Use Policy. 2019;(80):163–174. Lowenberg-DeBoer J., Erickson B. How does European adoption of precision agriculture compare to worldwide trends? In J.V. Stafford (Ed.), Precision agriculture ‘19. Wageningen Academic Publishers. 2019. Хозяин теплицы. Перспективы роботизации и автоматизации тепличного овощеводства. [Электронный ресурс]. URL: https://www.agroxxi.ru/gazeta-zaschita-rastenii/zrast/cifrovizacija-v-agrobiznese-segmenty-ocenki (дата обращения: 26.02.2023)
|