Выпуск № 48 (2023)
Volume № 48 (2023)
УДК
УДК 633.491:631.84
DOI
10.53988/24136573-2023-02-01
To cite the content of the article, please use the following description
To cite the content of the article, please use the following description
Богданчиков, И. Ю. Использование цифровых технологий при утилизации соломы / И. Ю. Богданчиков // Управление рисками в АПК. – 2023. – № 2(48). – С. 13-20. – DOI 10.53988/24136573-2023-02-01. – EDN UKTHZO.
Bogdanchikov, I. Yu. Use of digital technologies in straw recycling / I. Yu. Bogdanchikov // Agricultural Risk Management . – 2023. – No. 2(48). – P. 13-20. – DOI 10.53988/24136573-2023-02-01. – EDN UKTHZO.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ | TECHNICAL SCIENCES
БОГДАНЧИКОВ И.Ю.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ СОЛОМЫ
Богданчиков Илья Юрьевич – кандидат технических наук, доцент,
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева
Email: mc62@mail.ru
SPIN-код РИНЦ: 7211-8736
annotation
Рассмотрены возможности использования цифровых технологий при утилизации соломы в качестве удобрения. Приведены примеры применения технологии машинного зрения в сельскохозяйственных машинах.
Keywords
Солома, утилизация, измельчение, удобрение, машинное зрение, БПЛА, сканер.
BOGDANCHIKOV I.Y.
USE OF DIGITAL TECHNOLOGIES IN STRAW DISPOSAL
Bogdanchikov I.Y. – Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Ryazan State Agrotechnological University named after P. A. Kostychev
Email: mc62@mail.ru
Annotation
The possibilities of using digital technologies in the disposal of straw as fertilizer are considered. Examples of the application of machine vision technology in agricultural machines are given.
Keywords
Straw, recycling, grinding, fertilizer, machine vision, UAV, scanner.
Article text
Цифровые технологии активно внедряются во все сферы деятельности человека, исключением не стал и АПК, так цифровизация отрасли является одной из целей стратегии развития агропромышленного и рыбохозяйственного комплексов на период до 2030 года [1, 6]. В концепции цифровизации сельского хозяйства на первом этапе необходимо обеспечить сбор большого количества самых разнообразных данных о ходе технологического процесса, чтобы в дальнейшем их можно было обработать и принять решение [10]. Рассмотрим технологию утилизации соломы с точки зрения возможности применения цифровых технологий (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Технологическая схема утилизации соломы в качестве удобрения с обозначением входных и выходных параметров:
Уб – биологическая урожайность убираемой культуры, кг/га; W – влажность убираемой культуры, %; Уз – урожайность зерна, кг/га; Wз – влажность зерна, %; Ус – урожайность соломы, кг/га; Wс – влажность соломы, %; Вр-р – ширина разбрасывания измельченной массы, м; Вв – ширина валка, м; Нв – высота валка, ρ – плотность соломы в валке кг/м3; Qр-р – расход рабочего раствора, кг/с; NPK д.в. – количество вносимых азота, фосфор, калия в кг д.в.; Тоб – время окончания обработки, с; Wп – влажность почвы, %; Vр-я(пр) – скорость разложения соломы (прогноз), кг/с.
Так, во время уборки всего биологического урожая зерноуборочным комбайном, в качестве входных данных можно определять урожайность убираемой культуры (Уб) и её влажность (W), далее после попадания зерна в бункер определять его урожайность (Уз) и влажность (Wз) [7], зная эти параметры, рассчитать урожайность соломы (Ус) и влажность (Wс). На основании полученных данных можно корректировать работы транспортно-обслуживающих агрегатов, сокращая время технологического обслуживания на 10-15%.
Когда солома покидает зерноуборочный комбайн в измельчённом виде определяем ширину разбрасывания (Вр-р), если же она минует соломоизмельчитель, то следующей машине нужно определить параметры валка: ширину (Вв), высоту (Нв), а также плотность соломы в валке (ρ) и её влажность (Wс) [2], что позволит обеспечить дифференцированную обработку рабочим раствором биопрепарата-деструктора.
При внесении биопрепаратов-деструкторов (или жидких азотных удобрений) важно знать расход рабочего раствора (Qр-р), а также количество вносимых веществ, например азота, фосфора и калия в кг д.в. [8]. Так как после обработки биопрепаратами солома должна быть заделана в почву (длительное нахождение на поверхности почвы снижает эффективность биопрепаратов) важно определять время окончания обработки (Тоб).
При заделке соломы в почву, можно определять влажность почвы (Wп) и на основании всех данных строить прогноз о скорости протекания процесса разложения соломы в почве (Vр-я(пр)).
Например, в агрегате для утилизации незерновой части урожая в качестве удобрения реализуется технология машинного зрения [2, 8].
Машина работает по валку соломы и при помощи сканирующего устройства по специально разработанному алгоритму определяет профиль валка (Рисунок 2), рассчитывает подачу растительной массы и расход рабочего раствора, требуемого для обеспечения нормы внесения (реализуется дифференцированное внесение).
Рисунок 2 – Модель валка, построенная по данным сканирующего устройства
Следует отметить, что установка видеокамер и съёмка технологического процесса, особенно в опасных и труднодоступных местах, также становится возможной с применением цифровых технологий.
На рисунке 3 показаны снимки с видео камер со стороны разравнивающего устройства (а) [5] и на выходе измельчённой и обработанной рабочим раствором соломы (б), а также снимок, полученный при помощи квадрокоптера (в). В работе Тимошинова М.Г. [7] отмечается, что при помощи видеокамер и специально разработанных алгоритмов можно обеспечить распознавание машиной информации для дальнейшего принятия решений. Так, например, на основе данных видеокамер можно оценить загрузку ротора валкового измельчителя (оценивая величину заглубления разравнивающего устройства и объём измельчённой растительной массы, выходящих на различных распределительных заслонках и сопоставляя данные с моделью валка, полученного сканирующим устройством).
Рисунок 3 – Снимки с видеокамер: а – работа разравнивающего устройства; б – момент обработки измельчённой растительной массы рабочим раствором; в – фото, полученное с квадрокоптера, обрабатываемое поле.
При разложении соломы в почве происходят гнилостные процессы, сопровождающиеся выделением фенольных соединений, которые угнетают развитие последующих растений [3]. Поэтому оценку о протекании процесса разложения растительных остатков можно осуществлять по развитию всходов последующих растений. Для этих целей лучшим образом подходят беспилотные летательные аппараты. Также, учитывая, что на разложения соломы необходим азот, можно отслеживать развитие растений по азотному питанию при помощи «N-тестера».
Таким образом, использование цифровых технологий позволяет осуществить сбор объективных данных о технологических процессах, однако для обработки всей поступающей информации необходимо разрабатывать алгоритмы, чтобы машины могли принимать решения в автоматическом режиме.
Sources:
1. Брик А.Д., Плохотникова Г.В., Гарачева Е.В. Пути и проблемы цифровизации сельхозпроизводителей России // Экономические науки. 2022. № 206. С. 69-72.
2. Богданчиков И.Ю. Определение урожайности незерновой части урожая в валке // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2017. № 1(13). С. 4-11.
3. Богданчиков И.Ю. Почвенное плодородие как залог продовольственной безопасности страны // Международный форум молодых ученых: Сборник статей Международной научно-практической конференции, Москва, 01–02 декабря 2020 года. Москва: Академия управления Министерства внутренних дел Российской Федерации, 2020. С. 82-86.
4. Богданчиков И.Ю., Бачурин А.Н. Эксплуатация агрегата для утилизации незерновой части урожая в качестве удобрения в условиях Рязанской области. Рязань: Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева, 2020. – 40 с.
5. Есенин М.А., Борычев С.Н. Теоретические и полевые исследования разравнивающего устройства соломистой массы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2022. № 180. С. 237-247.
6. Индекс развития цифровых технологий в агропромышленном комплексе Российской Федерации / А. П. Петренко [и др.] // Управление рисками в АПК. 2021. № 2(40). С. 56-67.
7. Тимошинов М.Г. Совершенствование оперативного контроля наполненности бункера зерноуборочного комбайна: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01. Воронеж, 2018. 153 с.
8. Цифровые технологии в проектировании систем удобрения в сельскохозяйственных предприятиях / С.В. Митрофанов [и др.] // Техника и оборудование для села. 2019. № 7(265). С. 14-17.
9. Bogdanchikov I. Y., Romanchuk V. A. Digital technology for the disposal of the non-cereal portion of the crop as fertilizer // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: conference proceedings, Krasnoyarsk, Russia, 13-14 ноября 2019 года / Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. - Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. P. 42008.
10. Горбачев, М. И. Развитие умного сельского хозяйства России и за рубежом / М. И. Горбачев, О. А. Моторин, Г. А. Суворов // Управление рисками в АПК. – 2020. – № 2(36). – С. 63-73. – DOI 10.53988/24136573-2020-02-08. – EDN MVUIFG.
References:
1. Brik A.D., Plokhotnikova G.V., Garacheva E.V. Ways and problems of digitalization of agricultural producers in Russia // Economic sciences. 2022. № 206. Pp. 69-72.
2. Bogdanchikov I.Y. Determination of the yield of the non-grain part of the crop in the roll // Innovations in the agro-industrial complex: problems and prospects. 2017. № 1(13). Pp. 4-11.
3. Bogdanchikov I.Y. Soil fertility as a guarantee of the country's food security // International Forum of Young Scientists: Collection of Articles of the International Scientific and Practical Conference, Moscow, December 01–02, 2020. Moscow: Academy of Management of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation, 2020. Pp. 82-86.
4. Bogdanchikov I.Y., Bachurin A.N. Operation of the unit for utilization of the non-grain part of the crop as a fertilizer in the conditions of the Ryazan region. Ryazan: Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, 2020. - 40 p.
5. Yesenin M.A., Borychev S.N. Theoretical and field studies of the leveling device of the straw mass // Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University. 2022. № 180. Pp. 237-247.
6. Index of development of digital technologies in the agro-industrial complex of the Russian Federation / A. P. Petrenko [et al.] // Agricultural Risk Management. 2021. № 2(40). Pp. 56-67.
7. Timoshinov M.G. Improvement of operational control of the fullness of the bunker of the combine harvester: dis. ... Cand. techn. Sciences: 05.20.01. Voronezh, 2018. 153 p. (in Russian).
8. Digital technologies in the design of fertilizer systems in agricultural enterprises / S.V. Mitrofanov [and others] // Machinery and equipment for the village. 2019. № 7(265). S. 14-17.
9. Bogdanchikov I. Y., Romanchuk V. A. Digital technology for the disposal of the non-cereal portion of the crop as fertilizer // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: conference proceedings, Krasnoyarsk, Russia, November 13-14, 2019/ Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. - Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. P. 42008.
10. Gorbachev, M. I. Development of smart agriculture in Russia and abroad / M. I. Gorbachev, O. A. Motorin, G. A. Suvorov // Agricultural Risk Management. – 2020. – № 2(36). – P. 63-73. – DOI 10.53988/24136573-2020-02-08. – EDN MVUIFG.
All illustrations of the article: