Сенсоры

Сенсорные датчики, применяемые в сельскохозяйственном производстве

Разработаны различные системы сенсорных датчиков, которые устанавливаются на конкретных участках местности, где вносятся азотные удобрения. В Германии применяется ряд таких систем, достоинства которых оценены специалистами Гумбольдского университета.

Принцип работы сенсорных датчиков

Датчики определяют в реальном времени основные параметры состояния почв, которые необходимо учитывать для регулирования роста растений. С помощью компьютера и соответствующего программного обеспечения происходит обработка данных, определяется количество удобрений, необходимое для конкретного участка земли; затем данные передаются на агрегаты, которые вносят удобрения.

С помощью датчиков предыдущего поколения подача удобрений определялась взаимозависимостью: хлорофилл – биомасса – масса растения и осуществлялась опосредованно. Достоинствами таких систем являются малый расход удобрений, рост урожайности, более высокое качество продукции и более равномерная продуктивность.

Фирма Hydro Agri производит четыре новые системы, которые обладают значительными преимуществами:

1. Система Greenseeker.
2. Система MiniVeg N.
3. Система N-Sensor.
4. Система Crop-Sensor.


1. Система Greenseeker

Система снабжена активным источником света, излучаемого в диапазоне 600 нм (красный) и 780 нм (близкий к инфракрасному). Часть отраженного света попадает на фотодиоды, где измеряется его количество. После вычисления на компьютере выдается индекс вегетации, который служит показателем плотности травостоя и его жизнеспособности. Рабочий захват системы равен 18 м. через каждые 0,6 м и монтируется 30 датчиков и жиклеров. Бортовой компьютер позволяет вычислять необходимое количество удобрений и подавать их в каждый жиклер отдельно. Алгоритм для внесения удобрения с локальной спецификой существует для озимой пшеницы, вскоре ожидается появление соответствующих версий для кукурузы и ячменя. Работает пока только на жидком удобрении, но разработка версии для гранулированных удобрений близится к завершению.

Создаются системы, работающие по такому же принципу и позволяющие вносить фунгициды и стимуляторы роста. Система совместима с аппаратурой позиционного управления и соответствует всем международным нормам.


2. Система MiniVeg N

Система работает по принципу лазерной флюоресценции. В спектре излучения измеряется концентрация хлорофилла. Имеется активный источник лазерного излучения, после отражения попадающий в детектор. Датчики крепятся на штанге, которая поворачивается в сторону по ходу движения техники. Система обладает способностью определять заболевания на листьях растений. Активный источник излучения обеспечивает ее работу независимо от солнечного освещения. Испытания системы проводились на зерновых культурах и кукурузе. Система совместима с аппаратурой позиционного управления и соответствует всем международным нормам.


3. Система N-Sensor

Система предназначена для оптического замера плотности посевов и концентрации хлорофилла в листьях растений. Источником освещения служат солнечные лучи. В датчике происходит их разложение на 256 диапазонов спектра и сравнение с лучами от растений.

В зависимости от содержания хлорофилла в видимой части спектра отражается больше или меньше света. Определяется цвет листьев, а также плотность травостоя. После определения этих двух параметров компьютер с использованием математической функции вычисляет необходимое количество удобрений. Программируются алгоритмы для их повторных внесений. Датчик монтируется выше тягача. Площадь захватываемой поверхности зависит от высоты крепления датчика.

Так при высоте 3,5 метра с обеих сторон образуется эллипс шириной по 2,85 метра.

Алгоритм, заложенный в системе, позволяет локально вносить необходимое количество удобрений под зерновые, кукурузу и рапс.

Бортовой компьютер имеет полную совместимость со всеми современными системами управления.

В сочетании с системой точного позиционирования он выполняет аналогичные функции при внесении фунгицидов и стимуляторов роста.

Недостатком системы является ограничение ее работы в зависимости от солнечного освещения. Наиболее выгодным положением солнца считается угол больше 250 от горизонта.

При меньшей освещенности посевов чувствительность датчика снижается.


4. Система Crop-Sensor

В системе установлен механический датчик, измеряющий массу растений.

На передней части трактора крепится маятник, с помощью которого на постоянной высоте измеряется сила сопротивление растений при их отклонении от вертикального положения. Установка высоты зависит от массы и количества отдельных растений. Такая система может применяться только для растений, имеющих вертикально стоящий стебель. Чтобы избежать дальнейших погрешностей измерения, необходимо выдерживать постоянную скорость движения машины. Все другие условия, влияющие на точность измерения, например, глубина колеи трактора или его наклон из-за неровности местности, должны учитываться автоматически, благодаря дополнительной установке соответствующих устройств.

Оценка массы растений происходит между колесами трактора, проходящего по междурядьям. Датчик применяется для измерения массы всех видов колосовых культур при отсутствии их полегания. Система может применяться для внесения фунгицидов и стимуляторов роста. Функционирует она независимо от условий погоды и освещения.


Сравнительная характеристика сенсорных датчиков

Показатели	Система Greenseeker	Система MiniVeg N	N-Sensor	Crop-Sensor
Обрабатываемая культура	Озимая пшеница, кукуруза, и ячмень	Зерновые культуры и кукуруза	Зерновые культуры, кукурузы и рапса	Все виды колосовых культур при отсутствии их полегания
Вносимые материалы	Жидкое удобрение, ведется разработка версии для гранулированных удобрений	Удобрения фунгициды, стимуляторы роста	Удобрения, фунгициды, стимуляторы роста	Удобрения, фунгициды, стимуляторы роста
Принцип работы	Часть отраженного света попадает на фотодиоды, где измеряется его количество. После вычисления на компьютере выдается индекс вегетации, который служит показателем плотности травостоя и его жизнеспособности. Бортовой компьютер позволяет вычислять необходимое количество удобрений и подавать их в каждый жиклер отдельно	Датчики крепятся на штанге, которая поворачивается в сторону по ходу движения техники. В датчике происходит разложение солнечных лучей и сравнение с лучами от растений. В зависимости от содержания хлорофилла в видимой части спектра отражается больше или меньше света. Определяется цвет листьев, а также плотность травостоя. Компьютер вычисляет необходимое количество удобрений. Определяет заболевание на листьях растений	Датчик монтируется на крыше тягача В датчике происходит разложение солнечных лучей на 256 диапазонов спектра и сравнение с лучами от растений. В зависимости от содержания хлорофилла в видимой части спектра отражается больше или меньше света. Определяется цвет листьев, а также плотность травостоя. Компьютер вычисляет необходимое количество удобрений. Программируются алгоритмы для их повторных внесений	На передней части трактора крепится маятник, с помощью которого на постоянной высоте измеряется сила сопротивления растений при их отклонении от вертикального положения. Установка высоты зависит от массы и количества отдельных растений. Чтобы избежать погрешностей измерения, необходимо выдерживать постоянную скорость движения машины. Условия, влияющие на точность измерения, например, глубина колеи трактора или его наклон из-за неровности местности, должны учитываться автоматически, благодаря дополнительной установке соответствующих устройств. Оценка массы растений происходит между колесами трактора, проходящего по междурядьям

Особенно важно использование сенсорных датчиков при внесении азотных удобрений, применение которых является решающим фактором для поддержания плодородия почв, получения высоких урожаев и улучшения качества сельхозпродукции. Одинаковое внесение удобрений при неоднородном составе питательных веществ в почве приводит к их локальной передозировке или недостаточности. Следовательно, удобрения необходимо вносить в соответствии с потребностями растений, что обеспечивает оптимальную эффективность их использования.

Дифференциальное внесение минеральных удобрений одно из важнейших экономических и экологических аспектов «точного земледелия». Применение данной технологии и оборудование позволяет значительно сократить затраты на удобрения, т.е. вносить их в зависимости от потребности почвы, а также обеспечивает оптимальное содержание питательных веществ в почве.

Во время проведения работ, при условии наличия GPS-оборудования строится карта внесения удобрения.


Карта внесения удобрений

Количество вносимых удобрений фиксируется в системе местных координат и представляться в виде карт GIS, которые могут в дальнейшем использоваться для анализа, при принятии решений.

Принцип работы сенсора Ntech при опрыскивании: