Цифровые технологии для крестьянского поля

29.04.21

МК Казахстан. 28.04.2021 г.

https://mk-kz.kz/science/2021/04/28/cifrovye-tekhnologii-dlya-krestyanskogo-polya.html

Космические и цифровые технологии все больше входят в нашу жизнь. Мы уже не удивляемся таким понятиям как «умный дом», привычно пользуемся программируемыми бытовыми приборами. Передвигаясь по городу или по незнакомой местности, включаем навигацию. Автоматические производственные процессы на самых различных предприятиях также давно стали привычным делом. Как пелось в песенке из кинофильма про Электроника — вкалывают роботы, а не человек.

Появились уже и поезда, и автомобили без водителя. Правда, это пока далеко, в Европе, Японии, Америке. А что же у нас? Используем ли мы только чужие технологии или сами можем решать серьезные научные задачи?

О разработках отечественных ученых и инженеров в области автоматизации и цифровизации различных производственных процессов, причем с использованием космических технологий, мы попросили рассказать представителя молодого поколения казахстанских ученых. Наш собеседник — Нурлан Богуспаев, заведующий лабораторией спутниковых навигационных технологий Института космической техники и технологий, доктор PhD.

— Нурлан Булаткаримович, чем занимается ваша лаборатория?

— Основная сфера нашей деятельности — использование космической спутниковой навигации для разработки, изготовления и функционирования различного рода приборов и систем, применяемых в экономике и производстве. Мы используем возможности всех действующих навигационных систем — GPS, Gfllileo, «Глонасс», «Бэйдоу».

— Можете привести пример, какие проекты уже были разработаны и внедрены?

— Один из больших проектов, который мы разработали, выполнили и внедрили в свое время — это система высокоточной спутниковой навигации Республики Казахстан (СВСН РК). Мы полностью разработали и внедрили эту систему.

— Что она собой представляет, зачем нужна? Сами же сказали — есть GPS, Gfllileo, «Глонасс». Бери и пользуйся!

— Здесь ключевое слово — высокоточная. Дело в том, что все названные системы с использованием обычных навигационных устройств дают весьма приблизительный результат, отклонение может составлять от нескольких метров в зависимости от условий эксплуатации, рельефа местности и т.п. А для многих профессиональных измерений необходима очень высокая точность. Поэтому и возникла необходимость в создании системы высокоточной спутниковой навигации. Вот мы этим и занялись по заказу компании «Казахстан Гарыш Сапары». Сначала были ОКР (опытно-конструкторские работы), мы разработали станцию дифференциальной коррекции, а затем на специально организованном опытно-производственном участке сами произвели непосредственно 52 такие базовые станции, которые сейчас установлены по всему Казахстану. Их задача — получать сигнал со всех доступных навигационных систем, формировать и передавать потребителям в реальном режиме времени и в постобработке корректирующую информацию для сигналов спутниковой навигации. Это обеспечивает высокоточное определение местоположения потребителя.

Оператор системы в реальном режиме времени получает телеметрию, а также может дистанционно, через интернет, зайти на станцию, проверить или поменять настройки навигационного приемника, коммуникационного оборудования, метеостанции, включить-выключить приборы, произвести проверку и т.д., также можно посмотреть через видеокамеру, визуально, на состояние станции. При открывании двери срабатывает сигнализация. В общем, вся телеметрия, все управляется удаленно.

— В каком состоянии сейчас находится вся эта система?

— Вся система в рабочем состоянии, она действует, мы ее после изготовления, установки и тестирования полностью передали заказчику, КГС, и они ею уже сами занимаются. И за все это время, с 2014 года, как мы ее сдали, не было ни одной рекламации.

Пользоваться этими станциями может любой заинтересованный заказчик, которому нужна дифференциальная поправка. На сайте «Казахстан Гарыш Саппары» есть эта услуга, они ее и предоставляют.

— Где применяют данные СВСН? Кому они необходимы? Кто основной заказчик?

— Достаточно много сфер деятельности нуждается в точных данных позиционирования. Это геодезия, картография, везде, где есть необходимость определения точного месторасположения. В маркшейдерских работах можно применить, дорожных работах, строительстве.

— Какая точность у этой системы?

— Можно получить миллиметровую точность в статике, для неподвижного объекта. Причем и по горизонту, и по вертикали, то есть в трехмерном пространстве. Точность зависит, конечно, и от расстояния до базовой станции.

— Это из выполненных. Над чем сейчас работаете, о каких интересных проектах можете рассказать?

— В последние два года мы разработали два проекта для аграрного сектора. В частности, по заказу ТОО «Научно-Производственный Центр Агроинженерии» мы выполнили проект по разработке электронного паспорта животного и радиочастотной идентификации.

— Космические технологии для сельского хозяйства!? И что собой представляет этот проект?

— По сути, это определение и контроль самых различных параметров сельскохозяйственного животного, например, крупного рогатого скота, с помощью электронной метки и соответствующей информационной системы. Эдакая цифровизация животноводства. Специальный датчик радио (RFID) — метка крепится на животное (в основном на ухо). Также используются болюсы — это маленькие керамические капсулы, которые вводятся в желудок через ротовую полость и оседают в рубце. Болюс не может быть утерян или намеренно удален, но подходит только для работы со жвачными животными. Эта метка заносится в базу данных, где накапливаются данные и дается полное описание всего животного. Например, это бычок, дата его рождения, помет такой-то, какой он дает прирост в весе. Для пополнения данных животное периодически, может быть, раз в неделю, прогоняют через ворота. На воротах стоят соответствующие датчики, которые считывают эту метку. Там же стоят весы, то есть когда он подходит к воротам, его сразу взвешивают, данные автоматически считываются и заносятся в базу данных, и можно в динамике наблюдать прирост его веса и другие параметры.

В этом же проекте можно реализовать контроль и накопление по другим данным, например, сколько раз животное подходило к водопою, сколько — к кормушке и т.д. То есть можно получать почти все данные по нему (соответственно, и всему стаду) и отслеживать динамику без «ручной работы». Естественно, таким же образом можно отслеживать его местоположение, что сводит к минимуму риск потери или кражи.

Все зависит, конечно, от того, как оборудованы датчиками и иной аппаратурой животноводческие фермы и само стадо. В этой же системе можно увидеть сигнал, если животное заболело (мало ест, редко ходит к водопою, малый прирост веса и т.д.) и вовремя принять меры. Для хозяйственных комплексов с большим количеством животных это очень актуально.

Ну и, соответственно, все данные электронного паспорта животного, вся динамика доступна при его продаже или поставке на мясокомбинат.

— Это цифровизация для животноводства. А как с растениеводством?

— Есть и для растениеводства. Без правильной научно-обоснованной системы использования удобрений трудно получить высокий урожай. Но удобрения сами по себе не дешевое удовольствие, хотя и необходимое. Поэтому и вносить их нужно правильно. Мы разработали систему автоматического дифференциального вноса удобрений в почву.

— В чем ее суть?

— Проще объяснить на примере. Есть поле, его нужно соответственно удобрять. Чтобы понять, какие удобрения необходимы, почву предварительно исследуют на наличие или отсутствие тех или иных компонентов. То есть по определенной системе, через определенные расстояния, берут пробы грунта, отдают в лабораторию, и лаборатория делает заключение, что, допустим, не хватает фосфора или других необходимых веществ. А фосфора, например, не хватает в некоторых местах, а в других его достаточно, так как почва неоднородна. Как сейчас делается внос удобрений? На все поле, на все 100 гектаров рассыпают — и там, где оно необходимо, и там, где нет необходимости. А удобрения, повторю, достаточно дорогие, и просто рассыпать — это и затратно, и неэффективно.

Так вот, мы сделали систему дифференциального вноса удобрений. Мы разработали соответствующее программное обеспечение и само устройство, внедрили его и адаптировали к имеющейся сельхозтехнике (трактор, сеялка, механизм для вноса удобрений и т.п.). В результате при прохождении по полю устройство вносит удобрения не на весь участок, а именно в те места, где они действительно нужны. Если не нужно, то не вносит. Получается, внесение удобрений происходит точечно. Тем самым достигается нужный эффект и происходит экономия ресурсов.

То есть мы и здесь используем спутниковую навигацию (для определения местоположения техники, зоны для внесения удобрения и т.д.) и цифровые технологии для автоматического функционирования этой системы.

Также ведутся разработки по так называемому курсоуказателю и параллельному вождению. Во время посевных и уборочных работ очень много зависит от соблюдения временных сроков, счет идет буквально на дни. Неправильно, не в те сроки посеял — можно забыть о высоком урожае. Также и с уборкой. Наши фермеры и крестьяне это хорошо знают. А работа — вспахивание, сев, культивация — идет в светлое время суток, так как механизатору нужно видеть, как идет трактор, чтобы не оставить огрехов, вносить равномерно семена и т.д.

При использовании системы параллельного вождения круглые сутки можно заниматься этими работами — сеять, культивировать, вспахивать, чтобы не упустить то самое «временное окно», когда земля определенной влажности. Также и другие факторы нужно учитывать, ну и, конечно, погодные условия — сделать все работы до дождя, например…

И, конечно, это очень удобная вещь, когда ты можешь в любое время суток производить работы.

А такой прибор, как курсоуказатель, всегда покажет и скорректирует движение сельхозтехники независимо от времени суток. И еще плюс в том, что, когда настает время обработки всходов (культивация), система точно знает, где посажены семена, где нужно обрабатывать, даже если самих всходов еще нет. И при уборке урожая то же самое. К тому же, как я уже говорил, все работы можно производить и в ночное время. Мы сейчас как раз ведем разработку этого прибора и самого автопилота, который будет двигаться по данным навигации.

— То есть можно предположить, что со временем сельхозтехника будет работать в режиме автопилота, без участия человека?

— Думаю, такое время уже не за горами, если будут соблюдены все требуемые условия. Главное, чтобы в результатах таких разработок были заинтересованы сами сельхозпроизводители, чтобы был заказчик. Так что при достаточном финансировании мы готовы это все произвести в виде опытно-конструкторских и экспериментальных образцов для последующей их передачи в серийное производство и внедрения в сельское хозяйство. Есть очень много хороших наработок, которые можно развивать и внедрять.

— Кто выполняет все эти работы?

— Без ложной скромности скажу, что у нас работают действительно высококвалифицированные и опытные специалисты. Считаю, одни из лучших в Казахстане в своем узком направлении. Есть инициативные молодые ребята, докторанты, доктора наук, инженеры, и мы в свой области уже очень хорошо себя зарекомендовали. Мы видим большие перспективы в агропромышленной области. Был бы заказ.

АЛЕКСАНДР ГУБЕРТ