Применение цифровых технологий в сельском хозяйстве находит все больше сторонников во всем мире, и казахстанские фермеры здесь явно не в последних рядах. Отечественный Минсельхоз одним из направлений в дальнейшей цифровизации сельского хозяйства назначил разработку и создание отечественных программных продуктов, техники и технологий для отечественного «умного» сельского хозяйства (Smart AgriСulture), где используются такие термины, как «Интернет вещей», «облачные технологии», «искусственный интеллект», «автоматизация» и «робототехника». Помочь аграриям разобраться в том, где и в какой мере применение цифровых технологий будет выгодно, как быстро пройти от точного земледелия к «умному», не пасовать перед новомодными диджитальными тенденциями, ознакомиться с тенденциями создания сельхозтехники и оборудования поможет выступление Ольги Хунгер, доктора аграрных наук (Университет Хоенхайм, Германия), регионального директора по Восточной Европе Международной ассоциации сельского хозяйства и продовольствия DLG.
– Понятие цифровизации сегодня используется очень часто. Но часто приходится сталкиваться с тем, что у каждого есть собственное понимание этого термина. Поэтому, на мой взгляд, перед внедрением прогрессивных технологий важно разобраться в терминологии, четко определить, что такое точное земледелие, что такое умное земледелие, что такое цифровизация вообще. В своем выступлении, помимо этих понятий, я остановлюсь на компонентах цифрового сельского хозяйства и расскажу о примерах их использования. Не будет обойдена вниманием и такая важная тема, как обеспечение бесперебойной работы цифровых систем, потому что, к сожалению, многие сельхозпроизводители задают себе вопрос, возможно ли внедрять элементы цифровизации без стабильного интернет-соединения? Но сначала – небольшой исторический экскурс.
Почему угас ОГАС
ОГАС – это общегосударственная автоматизированная система учета и обработки информации. Она была разработана еще в 60-х годах в СССР, это был, так сказать, первый заход, первая попытка цифровизации. Курировал тогда эту систему академик Виктор Глушков – один из отцов-основателей советской кибернетики. Когда я училась в Тимирязевской академии на экономическом факультете, там тоже была кафедра кибернетики, и мы уже тогда занимались моделированием деятельности сельхозпредприятий, то есть, как тогда называлось, линейным программированием. Целью ОГАС была организация в масштабе всей страны технологических систем получения информации и ее автоматической обработки, причем, как мы бы сказали сейчас, в режиме реального времени, чтобы следить за изменением полученных фактических данных, таких как объемы производства, перевозок, складских запасов, потребления. То есть это была заявка на получение Big Data, и работа с ними осмысливалась вполне в современных критериях. Тогда уже можно было оперативно вмешиваться в производственные процессы, осуществлять корректировки плана, добиваясь высокой эффективности использования ресурсов. Для передачи такого большого объема данных предполагалось создать в СССР высокоскоростные линии передачи данных, то есть уже тогда задумывались о прообразе сегодняшнего Интернета. В итоге в единую сеть должны были быть объединены более 20 000 вычислительных центров, 10 000 предприятий и организаций, начиная с шахт, полей, заводов и фабрик и заканчивая Госпланом и Госснабом. То есть мы видим некий прообраз того, что сейчас называется Интернет вещей.
Сеть должна была обеспечить полную автоматизацию процесса сбора, передачи и обработки первичных данных. Ученые и последователи Глушкова уверены, что ОГАС мог бы спасти Советский Союз от краха, потому что ручное и некомпетентное управление с такой сложной и большой экономикой рано или поздно было бы обречено на провал.
Но, к сожалению, первый опыт оказался неудачным: внедрение беспристрастной электронной системы контроля и учета встретило очень сильное противодействие со стороны бюрократического отечественного аппарата, а со стороны высшего руководства было определенное недопонимание. Поэтому курировавший в то время проект военно-промышленной комиссии Юрий Антипов так писал впоследствии о его провале: «Причинами провала ОГАС стали некомпетентность высшего руководства страны, нежелание среднего бюрократического звена работать под жестким контролем и на основе эффективной информации, собираемой и обрабатываемой с помощью ЭВМ. Свою роль сыграли и неготовность общества в целом, несовершенство существовавших в то время технических средств, непонимание, а то и противодействие ученых, экономистов новым методам управления».
Из этой истории пионеров цифровизации можно сделать вывод, что главным условием успеха внедрения любых, сколь угодно прогрессивных и ресурсосберегающих технологий является заинтересованность в них людей, которые с новыми технологиями будут непосредственно работать. В противном случае любые нововведения будут отвергнуты.
Смотреть в «цифру», как в зеркало
Тем не менее цифровизация нашла путь в нашу экономику и неудержимо продвигается вперед, и сельское хозяйство не является исключением. Многие процессы уже внедряются в РК, есть специальные программы, поддерживаемые государством, то есть понимание, зачем именно нужна цифровизация и, соответственно, изменившееся к ней спустя более 50 лет отношение, – крупные игроки современного рынка увидели выгоду в ее внедрении. Цифровизация продвигается семимильными шагами. И все же мы находимся еще в начале пути, и каждая новая разработка приносит с собой не только преимущества для сельхозпроизводителей, но и определенные риски. В рамках нашей организации мы проводили в 2017 году опрос сельхозпроизводителей, где попросили их высказаться о том, какие они видят шансы использования цифровизации в сельском хозяйстве и какие риски. Шансы сельхозпроизводители видят прежде всего в повышении эффективности производства, облегчении ведения документации производственных процессов и поддержке оптимальных производственных решений. Риски же в их представлении связаны прежде всего с обеспечением безопасности данных и большим сроком окупаемости инвестиций в цифровые продукты. Но тем не менее, как показали результаты опроса, большинство сельхозпроизводителей видят хорошие шансы в повышении эффективности своего производства при распространении цифровизации, нежели чем рисков. Здесь нужно обратить внимание на еще один тонкий момент: применение современных технологий обеспечивает прозрачность процессов в сельхозпроизводстве, и не каждый сельхозпроизводитель готов ее обеспечить для своих контрагентов.
Сегодня цифровизация понимается как всеобъемлющее и интегрированное применение цифровых, информационных и коммуникационных технологий в бизнесе и в общественной жизни. Ожидается, что внедрение этих технологий приведет не только к значительным изменениям производственных процессов и цепочек в создании добавленной стоимости, но и скажется в целом на жизни людей и их взаимодействии друг с другом.
Интенсивное использование электронных компонентов на сельхозпредприятиях позволяет сегодня собирать широкий спектр данных на различных ступенях производства и использовать их. Анализ использования данных несет в себе большой потенциал, например, для достижения экономии ресурсов в производстве, упрощения документации, а также улучшения поддержки принятия решений при управлении предприятием. Ну и самая главная цель цифровизации – возможность более плотно связать сельское хозяйство с другими участниками всей цепочки создания добавленной стоимости.
Цепочка добавленной стоимости выглядит следующим образом: на первой ступени находится АПК и сельское хозяйство; на второй – использующие произведенные ими продукты торговля, перерабатывающая промышленность, производство продуктов питания; на третьей – конечный потребитель сельхозпродукции; на четвертой – предприятия по утилизации, и обслуживают ресурсное движение в этом круговороте транзакции: перемещения услуг, товаров, денег.
Именно поэтому сельское хозяйство невозможно выделить из этого сложного процесса как отдельное звено, у него очень много взаимосвязей, с одной стороны, с партнерами в области обеспечения техникой, другой – с потребителями и переработчиками производимой ими сельхозпродукции. В идеальном случае должен быть обеспечен обмен информацией в обоих направлениях, что в значительной степени облегчает возможность использования технологий и определяет в конечном счете успех предприятия, позволяет оптимизировать переток материалов и товаров между участниками рынка. Это в принципе то, чего хотели добиться тогда, более 50 лет назад, создатели системы ОГАС, чтобы комплексно отслеживать все процессы всех отраслей народного хозяйства.
Интересный факт: цифровизация в настоящий момент открывает перспективы не только для крупных хозяйств, не только для агрохолдингов, но и преимущество цифровых инструментов заключается в том, что они могут использоваться в мелком и среднем бизнесе. Например, такие решения, как приложения для смартфона, не требуют, как правило высоких инвестиционных затрат и уже сегодня демонстрируют очень широкий спектр их применения.
Нужное – приложится
Есть топовые приложения для сельского хозяйства, которыми можно пользоваться и бесплатно. В частности, приложения для оптимизации подбора средств защиты растений:
– Scouting от Xarvio Digital Farmind: определение видов сорняков, болезней растений и вредителей по фотографии;
– Agrobase: база данных (сорняки, болезни, насекомые);
– Scoutpro: технологии возделывания культур, борьба с вредителями и сорняками;
– Lechler Agriculture: подбор форcунок для опрыскивателей.
В качестве навигаторов полей хорошо себя зарекомендовали:
– Machinery Guide: навигация без дорогого GPS-оборудования;
– Землемер;
– Агроном: расчет потребности в макро (N, P, K) и мезоэлементах (S, Ca, Mg), исходя из желаемой урожайности отдельных культур.
Управленческие процессы в АПК хорошо оптимизируют:
– Agrivi: управление вертикально-интегрированным предприятием (планирование, мониторинг, отслеживание всех сельскохозяйственных мероприятий и использования ресурсов);
– Farm at Hand: менеджмент;
– ExactFarming: cоставление карт полей, мониторинг, прогноз погоды, учет расхода удобрений, добавок и воды на каждое поле;
– FarmLogs: цифровые карты полей, в том числе данные о дождевых осадках, почве, урожайности, оценке роста культур, информация по ценам, мониторинг прибыльности хозяйства.
Приложения разрабатываются, как правило, компаниями, и даже если они бесплатные, то вполне можно получить квалифицированные рекомендации от компании по привязке ее продуктов к работе вашего предприятия. По крайней мере, можно уверенно сделать первый шаг, особенно это касается молодых специалистов, для которых будет большим подспорьем точно определить с помощью смартфона, что за сорняки выросли на определенном поле. Бесплатный период эксплуатации приложения поможет вам понять, стоит ли использовать продукты этой компании в своей дальнейшей деятельности или нет.
Как видите, есть целая масса приложений для навигации и внесения удобрений, для замера полей, а также приложения, которые позволяют оказывать помощь в управлении производственными процессами на предприятиях. Это говорит о том, что такие приложения обладают каким-то образом эффектом сохранения производственных структур, что поддерживает тренд на укрупнения сельхозпредприятий. То есть мелкие и средние хозяйства даже с учетом ограниченности их ресурсов могут пользоваться цифровыми технологиями, не вкладывая больших средств.
В общем, говоря о расширенном определении цифровизации сельского хозяйства, можно отметить, что она основана на уже существующих цифровых элементах, признанных аграриями и распространенных в производственных процессах уже сегодня. К таким элементам относится точное сельское хозяйство, включающее в себя точное земледелие, точное животноводство, а следующая ступень его развития – «умное» сельское хозяйство. Цифровое сельское хозяйство в значительной мере объединяет все эти системы и синергетически дополняет их новыми элементами, то есть эффект от взаимодействия этих двух компонентов в итоге будет чем-то большим, нежели простая сумма их взаимодействия, что и расширяет области применения и сферы использование цифровых технологий.
Точно. Быстро. Надежно
Точное земледелие появилось в начале 90-х годов, то есть используется на практике уже более 30 лет. Под ним подразумевается использование прежде всего так называемого дифференцированного земледелия, базирующегося на использовании карт полей, определения их границ по этим картам с точностью до 15–20 см. При этом большая ставка делается на автоматические системы вождения, управление секциями, опрыскивателями, разбрасывателями удобрений. Также к функции точного земледелия относится также автоматическая адаптация уборочных машин.
Основами точного земледелия являются картирование полей, использование механизмов прогноза урожайности, распознавания вредителей посевов. На практике это реализуется через использование GPS-систем для определения, например, необрабатываемых площадей, отслеживания движения машинно-транспортных средств, средств обработки полей, составления маршрутов параллельного вождения с целью повышения эффективности использования орудий обработки почвы, опрыскивателей или для картирования урожайности. В таком хозяйстве необходимо создать свой собственный портал, где хранятся все карты, все геоданные, они доступны постоянно, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю: карты состояния полей, данные метеостанции, карты с полетов дронов, карты вносимых удобрений, карты урожайности, карты анализа почвы. Это позволяет сотрудникам оперативно пользоваться этими картами и пользоваться необходимой информацией в любое удобное для них время.
Для такого большого количества данных очень важно использовать совместимые версии программного обеспечения. К сожалению, очень многие производители до сих пор сталкиваются с проблемой большого количества поставщиков, технологий и, соответственно, программных продуктов, которые не могут быть интегрированы в единую систему, и это вынуждает их либо приобретать все программы у одного поставщика, у которого не всегда есть полный ассортимент решений для каждого аспекта хозяйственной деятельности, либо разрабатывать индивидуальные программные решения, которые позволяют интегрировать отдельные элементы.
Естественно, для реализации всех преимуществ технологий точного земледелия в хозяйстве должны быть как модули соответствующего программного обеспечения, так и специальное оборудование. В частности, такие как датчики видеокамер технологического контроля, позволяющие контролировать производственные процессы, что называется, от и до, почти все полевые работы должны сопровождаться контрольными системами с использованием автопилота, данные с которых поступают в собственную сеть для получения качественного видеосигнала GPS с места проводимых операций, необходимо использовать геолокационный контроль на сеялках и опрыскивателях, а также разбрасывателях, картировать урожай на собственных комбайнах. Все это позволяет достигать хороших результатов меньшими затратами, а значит, приводит к большой экономии средств.
В рамках точного земледелия нельзя не отметить такой интересный аспект, как использование различных систем руления сельхозтехники. Так, я была впечатлена новыми разработками, когда увидела первый комбайн, в котором нет руля: его полностью заменяет джойстик. Кресло механизатора было укомплектовано левым подлокотником, включающим джойстик, в него интегрированы все функции рулевой колонки, начиная с рулевого колеса, заканчивая показателями поворота. Это позволяет оператору комбайна улучшить видимость и, как следствие, повысить безопасность и эффективность работы.
Следующий шаг, который используется в управлении машинами, это переход от вождения к управлению посредством такого технологического новшества, как машинное зрение. Эта технология позволяет следовать технике по заранее запрограммированному курсу, с учетом геометрии с помощью валка или рядка можно добиться точности порядка 20 см. Это позволяет увеличить производительность работы комбайна до 25%. Данная система работает в автономном режиме, без подключения GPS, не требует наличие побочного сигнала RTK. Влияние человеческого фактора минимизируется: система сама автоматически определяет препятствия, технику, людей, останавливается перед ними и поднимает жатку, что исключает поломку из-за наезда на препятствие. Эта система довольно-таки проста, не требует сложных настроек, и помимо объезда препятствий, может замечать неубранные участки и выстраивать траекторию движения комбайна. Производители различных систем машинного зрения, представленных на рынке, утверждают, что их продукт может настраиваться на любой комбайн любого производителя, потому что базируется на системе собственного обучаемого искусственного интеллекта, который, сохраняя данные при работе машины в поле, довольно хорошо оптимизирует ее работу.
Нельзя не упомянуть и о еще одном столпе точного земледелия – анализе почвы. Например, мне очень понравилась одна замечательная лопата. Ее уникальность заключается в том, что в ней реализован революционный способ анализа почвы. Буквально за один шаг можно произвести комплексный анализ образца почвы и получить результат в полевых условиях в течение нескольких секунд, причем анализ проводится в режиме реального времени. А различные оптические датчики, такой крошечный мир – тектроскоп и электрические антенны – встроены в небольшую поверхность на краю лопаты. После того как лопата проткнула землю, устройство отправляет значение датчиков с координатами GPS с отметкой времени на обычный сервер, эти данные анализируются в течение нескольких секунд. Пользователь может просматривать результаты по содержанию питательных веществ, состоянию почвы, микроклимату прямо на дисплее планшета. Алгоритм быстро рассчитывает содержание азота, фосфора, калия, магния, кроме того, определяет содержание гумуса в почве, передает данные о текстуре почвы, ее влажности, температуре, влажности воздуха, давлении, температуре воздуха, а также наличии солнечного света в месте прокола. На мой взгляд, очень интересная разработка, но и недешевая: стоимость самой лопаты составляет примерно 10–11 тысяч евро, без учета сервисного обслуживания, анализа и сохранения данных. Но эта интересная разработка поможет сэкономить значительные средства путем быстрого точного многофакторного анализа почвы.
Когда все решает машинный интеллект
Далее перейдем к наилучшему на данный момент способу организации работы в АПК – «умному» сельскому хозяйству – SmartAgriCulture. Оно возникло в 2000-х годах и характеризуется внедрением систем датчиков, регулирующих в реальном времени производственные процессы в растениеводстве на основе полученной информации с поля, ее анализа и автоматической регулировки машин, например, при внесении удобрений и средств защиты растений.
Например, при этой системе ведения хозяйства в кабине трактора можно видеть множество встроенных систем датчиков, которые позволяют регистрировать распределение биомассы в посевах и количество удобрений, внесенных в режиме реального времени в зависимости от показаний датчиков. При использовании этого метода отпадает необходимость в использовании трудоемкого и дорогостоящего отбора почв в пробы. Механизатор сам может определить объем, распределение вносимых агрохимикатов, и таким образом эта система представляет собой сочетание автоматизации процессов и поддержки принятия оптимальных решений. В этом случае можно обойтись и без сенсорной лопаты.
Другой пример технологии умного земледелия – специальный датчик почвы для картографирования и контроля в реальном времени. Этот бесконтактный датчик почвы электромагнитным способом измеряет ее проводимость на четырех глубинах – до 25 см, 60, 95 и до 115 см. Таким образом можно точно определить различные зоны почвы в части влагосодержания, зоны уплотнения, а также правильно регулировать каждый следующий рабочий этап. Такая система может работать в комплексе с почвообрабатывающим орудием, которое идет за трактором, и за счет быстрой оценки состояния почвы в реальном времени можно регулировать глубину и степень обработки почвы. Таким образом можно регулировать и норму высева для разных культур в разных комбинациях и различными орудиями. Это позволяет улучшить нагрузку на почву и поддержать ее структуру, лучше сохранить влагу, что особенно актуально для Казахстана, избежать уплотнения почвы и в целом адаптировать стратегию обработки почвы для реальных условий хозяйствования.
Другое интересное решение, тоже хорошо себя зарекомендовавшее, – интеллектуальная система сенсорных форсунок для снижения норм использования средств защиты растений. Если в точном земледелии нужно избегать перекрытий, то в «умном» земледелии нужно уметь в реальном времени интегрировать показания датчиков и работу машин. Эта система позволяет отличать зеленые растения от почвы, с максимальной точностью вносить гербициды, т. е. не распрыскивать их по всему полю, а очень целенаправленно обрабатывать ими каждый отдельный сорняк, что позволяет добиться огромной экономии СЗР – от 20 до 80%. Данная система работает при помощи инфракрасных датчиков, уникальной сверхбыстрой модуляции и специально разработанной технологии картинок. Точность работы установки довольно высокая, погрешность составляет несколько сантиметров, к тому же данная система может работать днем и ночью, перемещаясь со скоростью 20 км/час. Благодаря высокой скорости переключения объем используемых СЗР может быть быстро изменен от 0 до 100%, то есть форсунка может быть включена на полную мощность, а может быть и так же быстро отключена. Кроме того, эта система имеет тайные опции для регулирования нормы внесения на поворотах. Данная система защиты растений очень выгодна – если при обычном сплошном опрыскивании на 965 га необходимо потратить почти 8 тысяч евро, при использовании данной системы затраты уменьшаются в 3,5 раза.
Опубликовано в журнале «Агробизнес.Казахстан», декабрь 2020 года
Продолжение следует