Page 1


Vytauto Didžiojo universitetas Žemės ūkio akademija

Antanas Juostas, Eglė Jotautienė

Automatinės vairavimo sistemos ir telemetrija žemės ūkyje Mokomoji knyga

Kaunas, 2019


Recenzentai: Prof. dr. Algirdas Janulevičius, Jėgos ir transporto mašinų inžinerijos institutas Doc. dr. Sigitas Petkevičius, Žemės ūkio inžinerijos ir saugos institutas

Mokomoji knyga apsvarstyta ir rekomenduota leidybai Vytauto Didžiojo universiteto Žemės ūkio akademijos Žemės ūkio inžinerijos fakulteto tarybos posėdyje 2019 m. birželio 19 d. (protokolo Nr. 54 (12.3)-6) bei Žemės ūkio inžinerijos ir saugos instituto 2019 m. gegužės 21 d., protokolo Nr. 15.

Leidinio bibliografinė informacija pateikiama Lietuvos nacionalinės Martyno Mažvydo bibliotekos Nacionalinės bibliografijos duomenų banke (NBDB).

ISBN 978-609-467-409-9 (spausdintas) ISBN 978-609-467-408-2 (internetinis) https://doi.org/10.7220/9786094674082

© Antanas Juostas, Eglė Jotautienė, 2019 © Vytauto Didžiojo universiteto Žemės ūkio akademija, 2019


Turinys Pratarmė . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Sutrumpinimų ir simbolių sąrašas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1. Tikslioji žemdirbystė ir valdymo sistemos žemės ūkio mašinose. 11 KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2. Automatinio vairavimo sistemų panaudojimas žemės ūkyje. . . 24 KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3. Palydovinės navigacinės sistemos . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1. GPS – globali padėties nustatymo sistema . . . . . . . . . 30 3.2. GLONASS – padėties nustatymo sistema. . . . . . . . . . 32 3.3. Signalų siuntimo trikdžiai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4. Korekcinių signalų apžvalga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.1. EGNOS/SBAS korekcinis signalas. . . . . . . . . . . . . . 4.2. E-DIF korekcinis signalas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. OMNISTAR HP/XP/G2 korekcinis signalas. . . . . . . . . . 4.4. BASELINE HD korekcinis signalas . . . . . . . . . . . . . . 4.5. RTK korekcinis signalas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. RTK NET korekcinis signalas . . . . . . . . . . . . . . . . .

39 43 45 48 50 54

KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5. Žemės ūkio mašinų automatinio vairavimo sistemos komponentai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6. Automatinio vairavimo režimai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.1. A-B tiesės režimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. A-B kontūro režimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Kontūro režimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4. A+ krypties režimas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5. Važiavimo ratu režimas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64 65 67 68 69

KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3


7. Vairavimas naudojant vaizdo kamerą. . . . . . . . . . . . . . . . 71 KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 8. Vairavimo optiniais jutikliais sistema. . . . . . . . . . . . . . . . 78 KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 9. Nuotolinė mašinų parametrų stebėjimo sistema. . . . . . . . . 81 9.1. Telemetrinės sistemos veikimo principas . . . . . . . . . . 9.2. Mašinos darbinių parametrų analizė . . . . . . . . . . . . 9.3. Маšinos darbo laiko optimizavimas. . . . . . . . . . . . . 9.4. Duomenų valdymas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.1. Derliaus monitoringas ir derlingumo žemėlapiai. . . . 9.4.2. Nuotolinė mašinos diagnostika. . . . . . . . . . . . . .

82 84 86 88 90 97

KLAUSIMAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Informacijos šaltinių sąrašas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4


Pratarmė Automatinio vairavimo sistemų ir telemetrijos taikymo žemės ūkyje tematika pasaulyje yra gana nauja. Sparčiai tobulėjanti kompiuterinė technika, mechanizmai, valdomi palydovinėmis sistemomis, įvairūs jutikliai, mikroprocesoriai ir mechtroninės sistemos pradėti diegti ir sudėtingus bei kompleksinius procesus atliekančiose mašinose. Automatinis vairavimas ir telemetrija yra plačiausiai taikomos sistemos tiksliojoje žemdirbystėje. Tikslioji žemdirbystė – tai viena iš dedamųjų įgyvendinant tvarią žemdirbystę. Tvarios žemdirbystės samprata grindžiama augalų maksimalaus derlingumo ir ūkio sąnaudų efektyvinimo balansu bei išlaikymu, kartu mažinant neatsinaujinančių gamtos išteklių naudojimą ir žalingą poveikį aplinkai. Tiksliojo ūkininkavimo sistemos naudojimas atskiruose lauko plotuose ir reiškia tiksliosios žemdirbystės taikymą įvairiems žemės ūkio augalams auginti. Tiksliosios žemdirbystės technologijos intensyviai tiriamos daugelyje pasaulio regionų: JAV, Australijoje, Japonijoje ir Europos Sąjungoje (ES). Teigiama, kad tikslioji žemdirbystė yra vienas iš būdų mažinti laiko ir degalų sąnaudas, taupyti sėklas, trąšas ir augalų apsaugos preparatus, be to, atpiginti augalininkystės produkciją (McBratney et al., 2005). Tiksliojo ūkininkavimo elementai ne tik Lietuvos, bet ir kitų Europos šalių žemės ūkio įmonėse bei ūkininkų ūkiuose iki šiol taikomi tik fragmentiškai. Dažniausiai sudaromi laukų ir dirvos agrocheminių savybių žemėlapiai ir pagal juos atskirais atvejais atliekamas tikslusis tręšimas, t. y. atskiros lauko vietos tręšiamos skirtingomis trąšų normomis. Žemdirbiai susiduria su gautos informacijos, pvz., derlingumo, tręšimo, purškimo, dirvos agrocheminių savybių žemėlapių, interpretavimo ir panaudojimo 5


problemomis, todėl tam būtini kompleksiniai tiksliojo ūkininkavimo technologinių procesų tyrimai ir analizė. Viena šių dalių yra automatinės vairavimo sistemos žemės ūkio mašinose. Ši sritis Lietuvoje iki šiol ypač mažai tyrinėta ir analizuota dėl naujausių technikos priemonių trūkumo. Nauji inžineriniai sprendimai ir metodai lėtokai diegiami žemės ūkio technologijose, o mokslininkai ir studentai nėra išsamiai informuojami apie praktinio ūkininkavimo poreikius ir panaudojimo galimybes, todėl svarbios inovacijos nėra diegiamos reikiamu mastu, o susijusioms mokslinėms sritims ne visada skiriama pakankamai dėmesio. Mokomoji literatūra žemės ūkio procesų automatizavimo tematika neatspindi naujausių technikos ir technologijų pasiekimų. Žemės ūkio inžinerijos fakultete žemės ūkio mechanikos studijų studentams dėstomi dalykai, susiję su tiksliąja žemdirbyste, tokie kaip žemės dirbimo technologijos, derliaus dorojimo mašinos ir kt. Daugelis tiksliosios žemdirbystės klausimų susiję su automatinėmis vairavimo sistemomis ir telemetrija. Iki šiol šiai tematikai studijuoti buvo naudojama literatūra užsienio kalba. Autoriai mano, kad studentams neabejotinai reikia naujausių žinių ir mokomosios literatūros jų gimtąja kalba. Mokomoji knyga užpildys trūkstamas dalyko žinias: teorinės medžiagos ir teorinę medžiagą pritaikant laboratorinių bei praktinių užsiėmimų metu. Mokomoji knyga skiriama Žemės ūkio inžinerijos fakulteto žemės ūkio mechanikos inžinerijos studijų programos studentams. Ši mokomoji knyga tinka ir kitų studijų programų bei kitų aukštųjų mokyklų studentams, kuriems reikia naujausių sumanių technologijų ir sumaniosios technikos srities žinių, darančių reikšmingą teigiamą įtaką žemės ūkio technikos panaudojimui, formuojant racionalias intensyviosios, tausojančiosios ir ekologinės žemdirbystės sistemas. 6


Autoriai nuoširdžiai dėkoja recenzentams ir Žemės ūkio inžinerijos ir saugos instituto darbuotojams už jų vertingus patarimus rengiant mokomąją knygą.

7


Sutrumpinimų ir simbolių sąrašas JAV – Jungtinės Amerikos Valstijos; GNSS – pasaulinė palydovinė navigacijos sistema (angl. Global Navigation Satelite System); „e-GEBA“ – VšĮ Lietuvos žemės ūkio konsultavimo tarnybos (LŽŪKT) kompiuterinė ūkio valdymo programa; TŽ – tikslioji žemdirbystė; GPS – globali padėties nustatymo sistema (angl. Global Positioning System); CTF – mašinų srautų kontrolės sistema; ES – Europos Sąjunga; FAO – Jungtinių Tautų maisto ir žemės ūkio organizacija (angl. Food and Agriculture Organization of the United Nations); SSCM – pasėlių kontrolės sistema (angl. Site-Specific Crop Management); DSS – sprendimų palaikymo sistema (angl. Decision Support Systems); IDTechEx – naujų technologijų tyrimų kompanija (angl. Market Research Reports and Subscriptions Company); UAV – nuotoliniu būdu pilotuojami orlaiviai (angl. Unmanned Aerial Vehicle); pH – dirvožemio rūgštingumo lygis; VRT – kintamos augalų tręšimo normos technologija (angl. Variable Rate Technology); Mg – magnis, cheminis periodinės elementų lentelės elementas; K – kalis, cheminis elementas, šarminis metalas; „DJI Phantom“ – nepilotuojamo orlaivio (drono) kompanijos gamintojos pavadinimas ir drono modelis; 8


NDVI – augmenijos gyvybingumo indeksas (angl. Normalized Difference Vegetation Index); GLONASS – Rusijos navigacijos sistema (rus. Globalnaja navigacionaja sputnikovaja sistema); „Geomapping“ – dirvožemio savybių sudarymo technologija (angl. Geomapping); GIS – geografinės informacijos sistemos; UTC – pasaulinio koordinuotojo laiko skalė (angl. Universal Time Coordinated); NAVSTAR – JAV palydovinės navigacijos sistema (angl. Navigation Satellite Time and Ranging); EGNOS (SBAS) – geostacionarių palydovų ir antžeminių stočių tinklo, perduodančių korekcinį signalą, sistema civiliniam naudojimui (angl. European Geostationary Navigation Overlay Service); WAAS – analogiška tarnyba kaip ir EGNOS, veikianti Šiaurės Amerikoje (angl. Wide Area Augmentation System); E-DIF – programa, suteikianti galimybę naudoti išskaičiuotą korekcinį signalą, kai nenaudojamas arba nutrūkęs palydovų siunčiamo korekcinio signalo siuntimas (angl. Extended Differential Software); GALILEO – Europos Sąjungos sukurta palydovinė navigacijos sistema (angl. Global Navigation System Created by the European Union); OMNISTAR – korekcinio signalo pavadinimas; „Compass“ – Kinijos palydovinė navigacijos sistema; MSAS – korekcinio signalo tiekimo sistema, naudojama Japonijoje (angl. Multi-Functional Satellite Augmentation System); L1, L2 – GPS korekcinio signalo siuntimo dažniai; G1, G2 – GLONASS signalų siuntimo dažniai; 9


BASELINE – mobili antžeminė korekcinio signalo persiuntimo antena/stotis; RTK – tikslaus korekcinio signalo tipas (angl. Real-Time Kinematic); RTCM 3.0 – korekcinio signalo informacijos siuntimo protokolas; RTK NET – korekcinio signalo siuntimo internetu tinklas.

10


1. Tikslioji žemdirbystė ir valdymo sistemos žemės ūkio mašinose Tiksliosios žemdirbystės sąvoka pirmą kartą buvo pavartota Jungtinėse Amerikos Valstijose XX a. devintojo dešimtmečio pradžioje. 1985 m. Minesotos universiteto mokslininkai pradėjo kalkinti laukus nevienoda kalkių norma, t. y. priklausomai nuo dirvožemio rūgštumo. Taip pat šiuo metu atsirado tinklinio dirvožemio mėginių ėmimo praktika (taikant vieno mėginio fiksuotą tinklą viename hektare) (Buragienė, 2013). Iki devintojo dešimtmečio pabaigos šis metodas buvo naudojamas norint gauti pirmąsias įvesties trąšų ir pH korekcijų rekomendacijas. Tada atsirado tikslesnių ir spartesnių jutiklių, sukurtų naudojant naujas technologijas. Kartu tobulinamos ir GNSS sistemos (Bullock ir Bullock, 2000). Visame pasaulyje tikslioji žemdirbystė vystėsi nevienodai. Šios srities pirmtakės buvo Jungtinės Amerikos Valstijos, Kanada ir Australija. Europoje Jungtinė Karalystė pirmoji pradėjo eiti šiuo keliu, po jos 1997–1998 m. – Prancūzija. Lotynų Amerikoje pirmaujanti šalis yra Argentina, kur tvari žemdirbystė buvo pradėta diegti 1990-ųjų viduryje, remiant Nacionaliniam žemės ūkio technologijų institutui. Brazilija įsteigė valstybinę įmonę Embra, skirtą tirti ir plėtoti tvarų žemės ūkį. Prancūzijos ūkininkai yra įrengę kintamos normos VRT (angl. Variable Rate Technology) augalų tręšimo sistemas (Doerge, 1999). Nors dėl pažangesnių tiksliųjų ūkininkavimo technologijų reikia didelių išankstinių investicijų, ir besivystančių šalių ūkininkai gauna naudos iš mobiliųjų technologijų. Pvz., 30 000 Tanzanijos ūkininkų naudoja mobiliuosius telefonus

11


sutartims, mokėjimams, paskoloms valdyti ir verslui organizuoti (Doerge, 1999). Tikslumo žemės ūkyje praktika buvo įmanoma atsiradus GNSS sistemai. Tad tiksliojoje žemdirbystėje naudojamas ūkio visumos valdymo metodas, kai taikomos informacinės technologijos, naudojami palydovinės padėties nustatymo GNSS (angl. Global Navigation Satellite System) duomenys ir nuotoliniu būdu stebimi dirvožemio bei augalų savybių pokyčiai. Šios technologijos tikslas yra optimizuoti žaliavų sąnaudas, tuo pat metu potencialiai mažinant neigiamą poveikį aplinkai (Bullock ir Bullock, 2000). Pagrindinės tikslumą žemės ūkyje apibūdinančios tendencijos yra prieiga prie didelės spartos interneto, pigių ir patikimų palydovų signalų (padėčiai nustatyti ir vaizduoti) pasiūla bei žemės ūkio įranga, kurią gamintojai pritaikė tiksliniam žemės ūkiui. Kai kurie ekspertai teigia, kad daugiau nei 50 % šiuolaikinių ūkininkų naudoja bent vieną tikslaus ūkininkavimo praktiką (Doerge, 1999). Vis daugiau ūkininkų taiko tiksliojo ūkininkavimo technologijas, ateityje jos turėtų pigti ir atsirasti naujų. Prognozuojamas didelis dirbtinio intelekto naudojimo progresas. Nors dirbtinis intelektas niekada negalės pakartoti sudėtingų funkcijų, kurias ūkininkai privalo reguliariai atlikti, jis gali būti labai naudingas siekiant palengvinti sprendimų eigą (Bullock ir Bullock, 2000). Ūkininkavimo sąnaudų mažinimas Europoje pasuko tręšimo pagal iš anksto sudarytus planus, dirvos tyrimų žemėlapių sudarymo, derlingumo žemėlapių skaitymo ir analizės link. Sąvoka „precizinis, arba tikslusis, ūkininkavimas“ akcentuojama vis dažniau, nes gamybos sąnaudas galima sumažinti iš esmės vieninteliu būdu – didinant darbų atlikimo tikslumą. Mažiau trąšų, mažiau chemikalų, mažiau degalų, didesnis derlius – svarbiausi tiksliųjų žemdirbystės sistemų privalumai. Atsižvelgdami į tai, žemės ūkio 12


specialistai nuolat gilinasi į tiksliojo ūkininkavimo technologijas, ieško galimybių jų įsigyti ir pritaikyti žemės ūkio darbuose. Viena žemės ūkio naujovių – nepilotuojamų skraidyklių panaudojimas didelės raiškos laukų ortofotografinių nuotraukų vaizdų analizei. Skraidyklės gali turėti hiperspektrinius fotoaparatus, kurie užfiksuoja daugybę lauko vaizdų. Šiuos vaizdus galima apdoroti fotogrametriniais metodais, norint sukurti ortofotografus ir augalų vegetaciją įvertinančius NDVI (angl. Normalized Difference Vegetation Index) žemėlapius (Corvin et al., 2003). Žemės ūkio specialistai domisi nepilotuojamų skraidyklių galimybėmis, jų valdymo specifika. Vienas iš duomenų surinkimo sistemos pavyzdžių yra ortofotografinės nuotraukos, iš jų suformuoti žemėlapiai galėtų būti dar vienas žemės ūkio valdymo programos „e-GEBA“ funkcionalumų, padedančių pavaizduoti sukauptus duomenis, juos panaudoti planuojant ir atliekant ūkio technologinius darbus. Šiandienos ūkininkai gali naudotis iš tikrųjų tokia daugybe duomenų, kad dažnai nežino, ką su jais daryti. Dirbtinis intelektas geba per trumpą laiką išanalizuoti didžiulius duomenų kiekius ir naudoti taip, kad būtų galima pasiūlyti geriausią sprendimą. Tad ši informacija galėtų būti naudojama prognozuojant geriausią augalų laikymą, kenkėjų ir ligų protrūkius dar prieš jų atsiradimą, pasiūlyti, kaip valdyti lauko inventorizaciją, kad galėtų iš anksto prognozuoti derlių ir pan. (Doerge, 1999). Tiksliojo ūkininkavimo technologijos intensyviai tiriamos daugelyje pasaulio regionų: JAV, Australijoje, Japonijoje ir Europos Sąjungoje. Žemės ūkio produktų gamybos savikainos mažinimas ir produktų kokybės gerinimas yra glaudžiai susiję su gamtos tarša. Europos Sąjungos valstybėse priimti papildomi žemės ūkio veiklos apribojimai arti vandens telkinių, žaliųjų zonų, nacionalinių parkų ir t. t. Ypač daug dėmesio skiriama minimaliam dirvos dirbimui ir 13


tręšimui. Tiksliojo ūkininkavimo technologijos užtikrina galimybę naudoti skirtingas trąšų normas atskirose lauko vietose. Taip pasėlis tampa vienodesnis, derlius didesnis, sutaupoma trąšų. Tiksliosios žemdirbystės dėka galima minimizuoti gamybos sąnaudas ir padidinti derlingumą. Mokslininkams tenka didelis iššūkis tirti žemės ūkio produktų gamyboje nuolatos kintančius procesus ir juos tobulinti. Tiksliojoje žemdirbystėje (1.1 pav.) naudojamos sparčiai besivystančios elektronikos informacinės technologijos. Jų pagalba žemdirbystė vykdoma atsižvelgus į tam tikroje lauko vietoje besiformuojančias specifines sąlygas, kintančias laike ir erdvėje. Pirmą kartą devintojo dešimtmečio viduryje išrasti technologiniai elementai, kurių reikėjo tiksliajai žemdirbystei vykdyti, rado tinkamą vietą tik dešimtojo dešimtmečio viduryje, kai ženkliai patobulėjo pasaulinė vietos nustatymo sistema (GNSS) ir geografinės

1.1 pav. Tiksliosios žemdirbystės principinė schema (FiBL, 2019) 14


informacinės sistemos (GIS). Vertinant iš šios perspektyvos, tikslioji žemdirbystė yra sistema, kurios variklis – technologijos (Van Schilfgaarde, 1999). Esminiai tiksliosios žemdirbystės komponentai – tai naujai rinkoms siūlomos GNSS technologijos, derlingumo stebėsena ir agrocheminių preparatų kintamos normos kartu su esamų GIS technologijų bei nuotolinių matavimų (pvz., elektromagnetinės indukcijos, žemės paviršiaus fotografavimo iš oro, palydovinių ir daugiaspektrinių nuotraukų, mikrobangų ir hiperspektrinių vaizdų gavimo) adaptavimu arba sparčiosiomis invazinėmis dirvožemio ypatybių vertinimo technologijomis (pvz., savitosios elektrinės varžos, laiko intervalo reflektometrijos ir kt.). Tikslioji žemdirbystė (TŽ) – tai pasėlių kontrolės sistema, kuria siekiama suderinti faktinius augalų poreikius su nustatytaisiais. Užuot visus laukus tvarkius kaip vieną nedalomą vienetą, ši sistema gali nustatyti atskirų dirvos plotų savybes tame pačiame lauke. Tiksliajai žemdirbystei plėtoti būtina atsižvelgti į ekonominius ir aplinkosaugos aspektus. Būtina nepamiršti ir praktinės pusės, panaudojant tokias technologijas kaip kintamos trašų normos palaikymas, taip pat automatines kintamo trąšų skleidimo pločio palaikymo sistemas. Tokioms naujoms technologijoms taikomas valdymo uždavinys – optimaliai valdyti dirvos zonas (1.2 pav.) visame jos plote, atsižvelgus į tai, kad kiekviena dirvos struktūra turi skirtingų gamybinių pajėgumų. Vadinasi, skirtingose dirvos vietose derlius gali būti nevienodas. Naudojant naujausias technologijas, galima gauti maksimalų derlingumą kiekvienoje dirvos zonoje. Tiksliosios žemdirbystės sampratą sudaro šios sudėtinės dalys: duomenų informacija, pasaulinės pozicionavimo sistemos taikymas (Global Navigation Satelite System – GNSS), derlingumo monitoringo informacija, dirvožemio tyrimai, derlingumo žemėlapiai ir kitos pažangios technologijos, taikomos žemės ūkyje. 15


1.2 pav. Tiksliosios žemdirbystės technologijų pritaikymo sferos Pastaba: a) sėja; b) tręšimas; c) javų nuėmimas; d) purškimas (EIP-AGRI Focus Group Precision Farming, 2019).

Tiksliosios žemdirbystės metodų diegimas tapo įmanomas atsiradus atitinkamų jutiklių technologijoms, kurios pradėtos naudoti žemės dirbimo, sėjos, tręšimo, herbicidų ir pesticidų paskleidimo, derliaus nuėmimo ir gyvulininkystės plėtrai. Visų šių technologijų pagrindas – telemetrija, tai yra pasaulinės navigacijos palydovų sistemos (GNSS), kurių pagrindinė savybė ir yra tikslumas. GNSS technologija (iš kurių labiausiai žinoma GPS) plačiai naudojama daugelyje ūkio sričių, kur susiduriama su padėties nustatymu (pvz., automatinio vairavimo sistemos) ir geografinių atskaitų informacija (pvz., kintamos normos žemėlapių). GNSS inicijavo mašinų orientavimosi, automatinio vairavimo ir mašinų srautų kontroliavimo (CTF) sistemų plėtrą (1.3 pav.). Šie metodai suteikia galimybę techniką vairuoti pasikartojančios vagos tikslumu, sumažinti padaromų klaidų skaičių ir operatoriaus nuovargį. Tuo pačiu metu operatorius gali daugiau laiko skirti atliekamo darbo kokybei. Dėl žemės ūkio rinkos, kur bendrasis pelnas ir pelningumas yra vis labiau susiję, ūkininkai ieško technologijų, kurios padėtų 16


1.3 pav. Tiksliojo ūkininkavimo sistemų naudojimas 2014 m. skirtinguose pasaulio regionuose Šaltinis: LŽŪKT informacija. Tikslioji žemdirbystė, 2015.

sumažinti išlaidas nemažinant gamybos. Tai bene pagrindinė priežastis, skatinanti priimti tokį ūkio valdymo metodą, kadangi ES šalių tikslas – didinti gamybą. Moksliniais tyrimais įrodyta, kad naudojant tiksliojo ūkininkavimo metodus lėčiau blogėja aplinkos sąlygos. Efektyviau naudojami degalai, todėl mažėja anglies pėdsakų dirvoje. Tyrimų rezultatai taip pat rodo, kad mažiau nitratų išplaunama iš žemdirbystės sistemų. Vadinasi, kintamos normos tręšimo/purškimo metodai sėkmingai sumažino požeminio vandens užterštumą, dirvos eroziją. Dėl šių priežasčių tikslusis ūkininkavimas vertinamas kaip tiesioginis aplinkosaugos teisės aktų pritaikymo būdas tokiose šalyse kaip JAV ar Australija. Šį klausimą nagrinėti buvo pasiūlyta ir ES viduje. Tikslusis ūkininkavimas buvo įvardytas kaip būdas, siekiant valstybėms narėms sumažinti žemės ūkio chemikalų kiekius. Tiksliojo ūkininkavimo metodai gerina ir darbo sąlygas. Pavyzdžiui, 17


traktoriaus ar kombaino automatinio vairavimo sistemos palengvina darbuotojų darbo sąlygas. Dėl didėjančio gyventojų skaičiaus mažėja ariamos žemės plotas, tenkantis vienam žmogui, todėl reikia kuo efektyviau išnaudoti visas ūkininkavimo technologijas. Šio tikslo siekti padeda automatinio valdymo sistemos, įdiegtos žemės ūkio mašinose. Šios technologijos sparčiai randa vietą viso pasaulio rinkose, o labiausiai – Azijos ir Ramiojo vandenyno regionuose. Tiksliojo ūkininkavimo sistemų poreikis auga bene kiekvieną dieną. Pagal bendrą metinį augimo tempą apskaičiuota, kad nuo 2015 iki 2022 m. ši rinka padidės dar 13,09 % ir sieks apie 6,43 mlrd. JAV dolerių (Europa 2020 strategija, 2010). Ateityje žemės ūkio sektorius susidurs su problema, kaip aprūpinti maisto žaliavomis apie 9,6 mlrd. žmonių. FAO (angl. Food and Agriculture Organization) prognozuoja, kad toks žmonių skaičius bus apie 2050 m. (FAO, 2009), todėl iki 2050 m. maisto gamyba turi padidėti 70 %, o tai turi būti pasiekiama nepaisant ribotos ariamos žemės prieinamumo, didėjančio gėlo vandens poreikio (žemės ūkis sunaudoja 70 % tiekiamo viso pasaulio gėlo vandens) ir kitų sunkiai nuspėjamų veiksnių, tokių kaip klimato kaitos poveikis ar pan. (Europos Komisijos komunikatas, 2010; Birrel et al., 1995). Maisto žaliavų gamybos problema pavaizduota grafike (1.4 pav.), kuriame pateikiamas gaunamas gana menkas kviečių derlius (kg iš hektaro) skirtingais metais silpniausiai išsivysčiusiose pasaulio šalyse (Europos Komisijos komunikatas, 2010). Vienas iš būdų spręsti minėtas problemas ir padidinti žemės ūkio produkcijos gamybą bei užtikrinti jos kokybę – naudoti inovatyvias technologijas, kad ūkiai taptų protingesni ir labiau susiję su tiksliąja žemdirbyste (angl. PA – Precision Agriculture), dar vadinama protingu ūkininkavimu (angl. Smart Farming) (Birrel et al., 1995). 18


1.4 pav. Kviečių derlingumas skirtingais metais silpniausiai išsivysčiusiose šalyse Šaltinis: Wheat yields in Least Developed Countries, 2018.

Tikslioji žemdirbystė arba konkrečios vietovės žemės ūkio ploto valdymas SSCM (angl. Site-specific Crop Management) yra ūkininkavimo valdymo koncepcija, pagrįsta stebėjimu, vertinimu ir reagavimu į pasėlių bei lauko įvairovę. Tiksliosios žemdirbystės sistemos taikymo tikslas yra apibrėžti visiško ūkių valdymo sprendimų palaikymo sistemą DSS (angl. decision support systems), siekiant optimizuoti žaliavų grąžą, kartu išsaugant išteklius (Bullock ir Bullock, 2000; Buragienė, 2013). Tiksliosios žemdirbystės plėtrą ženkliai paspartino autonominiai traktoriai, antžeminiai robotai, naudojami augalininkystėje, vaisių derliaus nuėmimo robotai ir dronai (Buragienė, 2013). Autonominiai traktoriai. Praktiškai kiekvienas pagrindinis žemės ūkio įrangos gamintojas sukūrė traktorių, kurio dalis operacijų valdomos kompiuterinėmis programomis. Viena iš pažangių 19


gamintojų planavimo stadijų yra visiškai autonominio traktoriaus sukūrimas ar tobulinimas. Autonominė žemės ūkio įranga gali būti efektyvesnė nei valdoma operatoriaus, nes mašinų valdymo informacija gali būti sparčiau perduodama bevielio ryšio tinklais (Corwin ir Hendrickx, 2002). Antžeminiai robotai augalininkystėje. Automatizuota žemės ūkio technika gali būti labai naudinga ekologiniuose ūkiuose. Robotų ravėjimo įrankiai greičiau nei dirbantys žmonės atskiria pasėlių eilutes ir identifikuoja piktžoles. Nepilotuojami autonominiai piktžolių naikintuvai (angl. weed-eaters) gali pagal poreikį žvalgyti pasėlio plotą, nustatyti piktžoles ir jas pašalinti (Corwin ir Hendrickx, 2002). Vaisių derliaus nuėmimo robotai. Dauguma vaisių derliaus dorojimo sričių jau mechanizuotos. IDTechEx apskaičiavo, kad šiuolaikiniai kombainai dorojant braškių ir citrusinių vaisių derlių bus plačiai naudojami dar iki 2021 m. (Corwin ir Hendrickx, 2002). Dronai. Dronai yra nepilotuojamos skraidyklės UAV (angl. Unmanned Aerial Vehicle). Jie žemės ūkyje naudojami daugeliui technologinių operacijų atlikti: pasėliams purkšti, monitoringui, žemėlapiams sudaryti, aptikti kenkėjus ir kt. Jie gali dirbti kolektyviai, apdorojant kenkėjų ar piktžolių apniktus plotus, atlikti intensyvesnį pasėlių monitoringą ir kitas būtinas operacijas (Corwin ir Hendrickx, 2002). Naudojant robotus, ūkininkų ūkiai gali tapti našesni, veiksmingesni ir ekonomiškesni. Šiuo metu plačiausiai taikomos tiksliosios žemdirbystės sistemos yra šios: Didelio tikslumo padėties nustatymo sistemos (pvz., GPS, GLONASS) – pagrindinė technologija, kuri užtikrina tikslumą važiuojant lauku, suteikiant navigacijos ir padėties nustatymo galimybes 20


Antanas Juostas, Eglė Jotautienė

Automatinės vairavimo sistemos ir telemetrija žemės ūkyje Mokomoji knyga Redaktorė Auksė Gasperavičienė Maketuotoja Rasa Švobaitė 2019 08 20. Tiražas 80 egz. Užsakymo Nr. K19-059. Išleido Vytauto Didžiojo universitetas K. Donelaičio g. 58, LT-44248, Kaunas www.vdu.lt | leidyba@vdu.lt

Profile for Vytautas Magnus University

Automatinės vairavimo sistemos ir telemetrija žemės ūkyje  

Antanas Juostas, Eglė Jotautienė

Automatinės vairavimo sistemos ir telemetrija žemės ūkyje  

Antanas Juostas, Eglė Jotautienė

Advertisement