Метеостанции повысят эффективность полива

Системы орошения уже давно вошли в обиход овощеводов. Однако до полной автоматизации процесса полива дело пока не дошло. Тем не менее повысить эффективность использования оросительных установок можно за счёт метеостанций, оснащённых специальными датчиками, которые позволяют аграриям собирать и анализировать информацию о погодных условиях, влажности почвы и показателях атмосферного воздуха. Своевременный доступ к объективным данным значительно упрощает принятие управленческих решений, меняя подход к планированию орошения. К тому же современные системы комплексного мониторинга и метеопрогнозирования способны выдавать уже готовые рекомендации и оценку рисков

Для корректного функционирования современных оросительных установок требуется наличие системы комплексного мониторинга и метеопрогнозирования, которая предоставляет сведения о текущем состоянии почвы и приземного воздуха и уточняет ближайший прогноз погоды, утверждает Юрий Куликов, аналитик-консультант компании «Агросигнал» (решения для цифровизации сельского хозяйства). «Подобные комплексы, называемые иначе агрометеостанциями, оснащены большим набором датчиков, которые непрерывно производят измерения параметров внешней среды, а затем передают эти сведения на сервер системы управления агропредприятием, где информация обрабатывается, систематизируется и используется для принятия управленческих решений, либо для работы алгоритмов автоматизации», — объясняет он.

На данный момент метеостанции, периферийные датчики и построенные на их базе сенсорные сети имеют довольно широкие возможности в части сбора и передачи агрономически значимой информации. К ним, по словам специалиста компании «Агросигнал», относится мониторинг атмосферного воздуха (температура, влажность, скорость и направление ветра, давление), сведения о состоянии почвы (температура, влажность, электропроводность, рН и прочие), информация об освещённости (суммарная инсоляция, доля фотосинтетически активной радиации, активность излучения в разных диапазонах спектра и т.д.), учёт атмосферных осадков (сумма выпавших осадков, их интенсивность).

«Кроме того, существует ряд дополнительных функций датчиков, которые позволяют автоматически оценить степень увлажнения листовой поверхности растений или, например, активность популяции вредителей», — продолжает Юрий Куликов. По его словам, сенсоры каждого типа индивидуально реагируют на изменение целевых параметров внешней среды. Все измерения основаны на определённых физических принципах. Например, температура воздуха или почвы измеряется с помощью электрической термопары, характеристики которой меняются при нагреве или охлаждении. Количество солнечной радиации измеряется датчиками на основе фотоэлектрического эффекта, где электрические свойства рабочего элемента меняются в зависимости от уровня освещённости.

Подобные методы измерений, реализованные посредством современных микроэлектронных компонентов и схем, показывают очень высокую точность, которая позволяет получать объективную картину исследуемых параметров с минимальными погрешностями, заверяет специалист.

«Увидеть нужную информацию на экране компьютера, планшета или смартфона и понять, что в данный момент требуется растению, мечтает каждый аграрий», — констатирует Александр Бень, директор Краснодарского представительства компании «Югполив Королев Агро» (системы орошения под ключ). Он рассказал, что автоматические устройства для этого начали применяться более 20 лет назад, и если автоматическим включением полива по датчику влажности почвы сегодня никого не удивишь, то датчики, контролирующие рост и развитие растений, до сих пор мало применяют.

Их медленное внедрение Александр Бень связывает с тем, что данные, полученные с датчиков развития плода, ствола или листа, требуют обработки опытными агрономами для принятия ими того или иного решения. «Получается, без опытного агронома, даже обвешав датчиками всё растение, мы можем не получить реальной картины его состояния», — обращает внимание специалист.

Тем не менее, по его словам, сегодня доступно множество устройств, которые передают в облачный сервис информацию, полученную с датчиков в садах и полях, а далее специалисты в данной области или компьютерные программы выдают алгоритм действия агрономам и гидротехникам сельхозпредприятия. «Такая обработка данных, полученных с метеостанций или с датчиков контроллера полива, также позволяет создавать программы орошения. Чем не интеллектуальная система?» — рассуждает Александр Бень.

Он уверен, что не за горами появление полностью автоматизированной интеллектуальной системы орошения, которая сама будет подстраиваться под погодные условия, фазы развития растений, почвенные показатели и корректировать программы полива.

«Система управления через микропроцессорный модуль позволяет как производить анализ увлажнения, так и предвидеть дефицит влаги в будущем. Пока в большинстве случаев управление механическое, но на рынке уже появляются “умные” дождевальные машины с циклом полной автоматизации, которые выставляют график полива сельхозкультур в зависимости от степени увлажнения почвы», — отмечает Александр Самсонов, основатель компании ALLcerr.com (студия дизайна агробизнеса).

Директор по развитию бизнеса Valley Irrigation (производство и поставка механизированных систем орошения) Максим Духинов также говорит о том, что при орошении важно не просто видеть текущую ситуацию с недостатком влаги, а уметь её прогнозировать хотя бы в краткосрочном периоде (до 5 дней). «Имея точную информацию о дефиците воды, который наступит в ближайшие дни, агроном сможет уже сегодня спланировать работу оборудования и выбрать нужный режим орошения», — подчёркивает специалист.

Говоря о долгосрочном прогнозе погоды, Юрий Куликов, в свою очередь, отмечает, что подобного рода предсказания основываются не только на локальных измерениях метеостанции в конкретной местности, но и на данных, получаемых от средств глобального мониторинга. Так, по словам специалиста компании «Агросигнал», для получения качественного долгосрочного прогноза погоды используются данные спутникового наблюдения за воздушными массами, результаты дистанционного зондирования и радарной съёмки, которые затем сопоставляются с наземными измерениями сети метеостанций. Впоследствии это даёт возможность моделировать динамику метеоусловий в той или иной местности.

«Получается, что сама по себе метеостанция в изолированном режиме не может давать долгосрочный прогноз, но она, будучи подключённой к глобальной сети, заметно влияет на повышение достоверности и качества прогнозирования в конкретной местности, что несёт несомненную ценность», — уверяет Юрий Куликов.

Он напоминает, что, кроме прогноза, метеостанция предоставляет информацию о количестве и интенсивности атмосферных осадков. А на основе этих измерений в дальнейшем рассчитывается сумма накопленных за весь период вегетации осадков. Это в совокупности с суммой активных или эффективных температур является ключевым показателем, характеризующим гидротермические условия данной местности.

«Различные сельскохозяйственные растения, их сорта и гибриды имеют различные требования к сумме температур и влагообеспеченности, а также к пропорции этих показателей, — продолжает Юрий Куликов. — Систематический ежегодный метеомониторинг даёт возможность уточнить локальные гидротермические условия, что в дальнейшем позволяет оптимизировать технологию производства при помощи корректировки севооборота или подбора необходимых сортов и гибридов».

Кроме атмосферных сенсоров, метеостанции также могут комплектоваться почвенными датчиками, измеряющими влажность, температуру, концентрацию и кислотность почвенного раствора на различных глубинах, добавляет специалист. «Такой набор показателей позволяет не только автоматизировать орошение, но и определять влагозапас в почвах при богарном типе земледелия, показывая готовность почвы к началу сева или, например, выявляя риски наступления почвенной засухи», — подчёркивает Юрий Куликов.

Эффективность использования метеостанции совместно с системами орошения смогли в полной мере оценить в компании «Деметра» (республика Марий Эл; выращивание белокочанной и цветной капусты, китайского салата, картофеля). «Мы установили метеостанцию американского производства в 2014 году, — рассказывает заместитель генерального директора компании «Деметра» Александр Пекунькин. — Она измеряет скорость ветра, количество выпавших осадков, температуру воздуха, уровень солнечной радиации, а также предоставляет прогноз погоды. Информация передаётся через сеть сотовой связи на внешний сервер и затем на мой персональный компьютер. Доступ к ней осуществляется по логину и паролю».

Этими данными руководитель хозяйства оперирует при принятии решения о поливе: включать или нет оросительные машины, какой выбрать режим орошения. Кроме того, на основании прогноза погоды оценивается, достаточное ли количество влаги в почве, необходимо ли опрыскивать растения. В последнем случае учитывается также скорость ветра.

«Благодаря использованию метеостанции, нам удалось не только упростить процесс принятия решений, но и значительно повысить качество урожая, — доволен Александр Пекунькин. — То есть мы научились на основании этих данных регулировать качественные показатели овощных культур». К слову, затраты на обслуживание метеостанции небольшие — абонентская плата составляет около 100 тыс. руб. в год, добавляет он.

Датчики влажности почвы, метеостанции, различные системы мониторинга — это хороший инструмент, который может прийти на помощь опытному фермеру, подтверждает специалист по поливальной технике APH Group (поставщик комплексных решений для выращивания и хранения овощей) Роман Яковлев. «Однако, несмотря на все преимущества новых технологий, на данный момент нельзя обойтись без опытного агронома, который сможет интерпретировать полученную информацию и при необходимости скорректировать дальнейшие действия», — убеждён специалист.

Как объяснил Юрий Куликов, метеостанция, являясь элементом информационной инфраструктуры, осуществляет передачу данных как между собственными компонентами, так и во внешние системы. Для этого используются технологии беспроводного обмена, например, сети сотовой связи или специализированные каналы ближнего радиуса действия. «Так, метеостанция регулярно отправляет показания своих датчиков вовне и делает эту информацию доступной для пользователей», — говорит аналитик-консультант «Агросигнала».

Он рассказал, что агроном или другой заинтересованный специалист агропредприятия имеет возможность дистанционно в режиме реального времени следить за метеорологическими параметрами, которые транслирует метеостанция с полей. Для этого требуется доступ в интернет и наличие специализированной программы или приложения для систематизации и анализа данных. По словам Куликова, это могут быть узкоспециализированные веб-сервисы, предоставляемые производителями метеостанций, либо комплексные цифровые платформы для управления агропредприятием, способные хранить и обрабатывать результаты метеомониторинга.

«В самом простом варианте агроном, получая сведения о текущих метеоусловиях и прогнозируемых атмосферных явлениях, принимает решение либо о выполнении тех или иных технологических операций, либо о корректировке сроков, если погода не позволяет выполнить всё согласно изначальному плану. Если же метеомониторинг подключён к алгоритмам автоматизированного прогнозирования и поддержки принятия решений, то пользователь может получить от системы уже готовые рекомендации и оценку рисков», — поясняет Юрий Куликов.

По словам основателя компании ALLcerr.com Александра Самсонова, принятие решений для сельхозтоваропроизводителей позволяет упростить так называемая система «одного окна», когда руководитель, сделав запрос по системе полива, получает подробную информацию о механизме работы системы, номенклатуре материалов и оборудования, требованиях от органов Минсельхоза РФ, системе дотаций, системе прохождения экспертизы проекта и т.д. «Для многих это явная экономия времени и средств, — отмечает Самсонов. — Получив пакет информации, руководитель может чётко оценить масштаб затрат и рентабельность предприятия в целом».

Директор по развитию бизнеса Valley Irrigation Максим Духинов подтверждает, что на рынке присутствуют современные системы управления оросительными проектами, где все функции объединены в единый интерфейс. По его словам, они позволяют хозяйству в одном облачном пространстве не только управлять работой оборудования, но и получать информацию о погодных условиях и влажности почвы, а также подключать дополнительные сервисы, такие как планирование орошения. «Это ещё больше сокращает время на принятие решений, получение информации и реагирование», — подчёркивает Духинов.

Специалист уверяет, что, зная о недостатке влаги в почве на основании данных датчика влажности и прогнозируемой испаряемости в ближайшие дни, можно сразу принять решение о внесении дополнительных миллиметров осадков и отправить это значение на дождевальную установку. Одновременно можно включить насосную станцию.

«Различный уровень доступа позволяет специалистам принимать своевременные решения: сервисным сотрудникам — выезжать на поле в случае остановки оборудования, агрономам — соблюдать внесение необходимого количества влаги, руководителю — контролировать работу всей системы», — поясняет Максим Духинов.

Метеомониторинг зачастую несёт не прямую, а косвенную, но при этом очень значимую экономию для агропредприятия, считает Юрий Куликов. Это происходит в первую очередь за счёт оптимизации графика полевых работ, своевременного выявления рисков и реагирования на них. «В случае, когда метеостанция включена в цепь управления ирригационными установками, можно говорить и о прямой выгоде, т.к. датчики метеостанции позволяют точно регулировать режим орошения, заменяя собой ручные полевые измерения», — обращает внимание специалист.

Александр Самсонов считает, что будущее сельскохозяйственного орошения — за мобильными системами полива, которые позволят анализировать его качество, будут легко демонтироваться и монтироваться вновь. «Есть мнение, что со временем мир уйдёт от стационарных машин, которые производятся с 1960-х годов. Причём в приоритете будет фактор использования минимальных ресурсов и затрат для получения прибыли», — не сомневается Самсонов. Он не исключает, что одним из направлений станет разработка низконапорных водяных турбин (Bauer, Beinlich). Для сравнения: данные машины могут работать при давлении 2,5 Атм, а стандартным требуется не менее 5,5 Атм.

В целом же, по наблюдениям Александра Самсонова, совершенствование всех систем полива идёт по пути уменьшения человеческого фактора, и в недалёком будущем эта тенденция сохранится. «Будут востребованы мобильные, автономные, энергосберегающие системы в самой простой и безотказной комплектации, но наряду с этим будет присутствовать качественный сервис и техподдержка», — прогнозирует он.

Александр Бень обращает внимание, что климат становится изменчивым, нестабильным, поэтому системы орошения должны быть прежде всего экономичными, эффективными, гибкими, универсальными, полностью интеллектуально-автоматизированными. «Они должны подавать не только воду и питательные вещества под корень растений, но и при необходимости повышать влажность воздуха, работать во время возвратных заморозков, защищать растения от вымерзания, сохранять и повышать будущий урожай», — считает специалист.

Продолжая эту мысль, Максим Духинов отмечает, что одно из направлений будущего развития систем орошения — разработка ещё более точных инструментов, которые позволят давать долгосрочной прогноз погоды и отслеживать состояние влаги в почве, а также оценивать влияние стресса от недостатков влаги на развитие культуры на данном этапе. «За счёт анализа большого массива данных будет повышаться точность получаемой информации, расширяться горизонт планирования на более долгосрочный период. Это позволит более точно знать, сколько именно влаги нужно внести в конкретный период времени», — объясняет Духинов.

Кроме того, как ожидает специалист, появятся модели орошения, выстроенные под конкретные культуры, сорта и погодные условия, а также с учётом задач, которые ставит перед собой хозяйство. Также будет повышаться интеграция систем орошения в общую систему автоматизации хозяйства.

«В целом сельское хозяйство развивается по пути точного земледелия, этот тренд будет распространяться и на орошение», — уверен Роман Яковлев.

Уровень автоматизации процессов в сельском хозяйстве увеличивается год от года, подтверждает Юрий Куликов. Если 10 лет назад, по его словам, подавляющее большинство предприятий работало по тем принципам, которые существовали ещё с советского периода (ручное заполнение документов и форм, минимальное использование систем мониторинга), то сегодня практически в любом хозяйстве внедрены как минимум отдельные элементы технологий, обеспечивающие автоматический мониторинг и учёт выполнения работ, поддержку принятия управленческих решений.

Он рассказал, что в настоящее время сформировался принципиально новый класс электронных платформ — систем комплексного управления агропредприятием, которые содержат в себе функции многовариантного планирования производственного цикла, мониторинга процессов и операций (включая метеомониторинг, дистанционный спутниковый мониторинг состояния посевов, мониторинг сельскохозяйственной техники), документированного учёта выполненных работ, анализа результатов и т.д. «Подобные системы делают технологии производственной автоматизации ещё более доступными и упрощают их внедрение на предприятиях, снижая вероятность ошибок, вызванных человеческим фактором, и помогая в принятии верных управленческих решений», — убеждён Юрий Куликов.

В свою очередь, Александр Пекунькин уверен, что принятая в 2019 году правительственная программа «Цифровое сельское хозяйство», рассчитанная на шесть лет (до 2024 года), будет способствовать внедрению информационных технологий и платформенных решений в российском агробизнесе. «Цифровые технологии — это ключ к повышению эффективности фермерских хозяйств», — подчёркивает он.