Автоматизация, робототехника и Интернет вещей в сельском хозяйстве, технологии умного сельскохозяйственного производства

Сельское хозяйство — один из древнейших видов деятельности человечества. Уже в самое ближайшее время компьютерная техника, экономичные машины различного предназначения, роботы и современные методы управления могут совершить настоящую революцию в производстве продуктов питания.

Содержание статьи

• Автоматизация сельского хозяйства — на что делать ставку?

• Как устроены и работают умные теплицы

• Применение роботов в сельском хозяйстве

• Современные метеостанции

• Мониторинг фермы — камеры и датчики движения

• Мониторинг животных

• Сельскохозяйственные дроны

• Интернет вещей для сельского хозяйства

Автоматизация сельского хозяйства — на что делать ставку?

Современная деревня становится все более инновационной. Тема Индустрии 4.0 и грядущей революции в промышленности, часто обсуждаемая в Интернете в сфере технологий, почему-то редко охватывает и другой сектор экономики — современное сельское хозяйство.

Инвестиции в технологии, повышающие продуктивность сельского хозяйства, необходимы, потому что, согласно демографическим прогнозам Организации Объединенных Наций, к середине века этот сектор должен будет прокормить почти девять миллиардов человек. 

По оценкам Евросоюза, к 2050 году мировое производство продуктов питания должно удвоиться для удовлетворения потребностей роста населения.

С другой стороны, размер среднего класса растет, и акцент на экологию и здоровое питание становится все более заметным. Потребители хотят покупать качественные продукты не содержащие химикатов.

Сельское хозяйство уже сталкивается не только с увеличением потребления и с изменением привычек питания, но и с последствиями изменения климата для биоразнообразия, качества почвы и воды. Большинство из этих серьезных проблем способны решить современные системы автоматизации.

Одна из тенденций, приближающих нас к устойчивому потреблению, — это экологическое потребление. Экологически ориентированный, где продукты питания производятся с соблюдением экологического баланса. Забота об окружающей среде при производстве высококачественных продуктов питания — это целый ряд факторов и методов с точки зрения удобрения и защиты растений.

Сегодня мы заинтересованы в автоматизации — замена фермеров и производителей сельскохозяйственного сектора, занятых зачастую утомительной работой — это то, что позволяет лучше сосредоточиться на идее устойчивого развития.

Для удовлетворения спроса на продукты питания, поддержания контроля, снабжения и обслуживания сельского хозяйства ручной процесс является непрактичным и мало результативным. В наше время Интернет вещей (IoT) начинает играть важную роль в сельском хозяйстве и превращает его в «умное сельское хозяйство».

В сельском хозяйстве стали популярны адаптивные автоматические системы на основе мобильных роботов, которые могут  выполнять различные технологические операции в растениеводстве и животноводстве.

Наиболее перспективными, прибыльными и быстроокупаемыми считаются системы управления процессами выращивания растений в тепличных комплексах. Такие роботы выполняют технологические операции возделывания растений, уборки урожая и т.п. без непосредственного участия человека.

В сельском хозяйстве хозяйстве есть очень большой потенциал для использования технологий в области Интернета вещей. Мы обладаем обширными знаниями о животных, изменении климата, способности контролировать посев, исследуем, как следует вносить удобрения, как пасутся коровы и что им следует есть, отслеживая сельское хозяйство от осеменения до убоя. Для нас будет важно контролировать, какое мясо у нас продается.

Катажина Пак, директор департамента коммуникаций и маркетинга компании Ericsson

Умная теплица

Прежде чем тратить десятки или сотни тысяч рублей, стоит сначала попробовать более дешевые, наглядные решения, дающие представление о том, действительно ли стоит двигаться дальше с автоматизацией и робототехникой.

Умная теплица для подоконника

Набор Smart Greenhouse от Kitronik позволяет создать домашнюю автоматизированную теплицу. Это помогает понять взаимосвязь между заводами и окружающей средой, благодаря чему пользователь может самостоятельно создавать полезные автоматизированные системы.

Теплицу, запрограммированную с помощью редактора MakeCode, можно контролировать и автоматически поливать. Набор совместим с микроконтроллерами micro: bit версиями V1 и V2.

 

Умные устройства для автоматизации сельского хозяйства на Алиэкспресс

Робота-уборщик для теплиц и ферм:

 

Этот робот может определять и собирать различные фрукты и овощи, включая помидоры, перец и огурцы. Набор данных томатов позволяет ему, например, идентифицировать более 50 разновидностей данного фрукта!

Мои идеи и несколько проектов умной теплицы на Ардуино смотрите здесь: Как сделать умную теплицу на Ардуино

Всем нужна помощь и поддержка

Для городских жителей и тех, кто с ним не знаком, гармония сельского хозяйства — чистая красота. Однако сельские жители и фермеры понимают, что зачастую сельскохозяйственное производство — это постоянная неравная борьба с природой. Новые технологии могут принести им множество выгод.

Развитие современных агротехнологий приводит к широкому использованию эффективных «интеллектуальных» робототехнических устройств.

Согласно отчету IDTechEx, тысячи доильных роботов уже установлены по всему миру, создавая рынок стоимостью 1,9 миллиарда долларов, который, как ожидается, вырастет до 8 миллиардов долларов к 2023 году. С другой стороны, мобильные роботы помогают автоматизировать многие задачи, такие как кормление животных или удаление навоза.

Применение сельскохозяйственных роботов направлено на повышение экологической безопасности продукции, минимизацию вредного воздействия химикатов на человека и увеличение урожайности продукции. Создание и применение таких машин в сельском хозяйстве приведет к значительному снижению затрат труда.

Автономный Weeder Carbon Robotics уничтожает сорняки с помощью лазеров:

Метеостанции

Метеостанции легко установить и использовать. Они позволяют контролировать погодные параметры, такие как температура, влажность воздуха и атмосферное давление как снаружи, так и внутри помещений. Усовершенствованные модели метеостанций предлагают, среди прочего графическое изображение прогноза погоды или указание текущей фазы Луны.

Современные метеостанции на Алиэкспресс

Мониторинг фермы — камеры и датчики движения

Контроль того, что происходит на ферме, — важнейший компонент оптимизации и эффективности. Фаза мониторинга должна быть непрерывной и охватывать все стадии планирования, выращивания и сбора урожая. 

Эффективный мониторинг должен охватывать дом, территорию собственности, подсобные помещения, склады, все помещения для разведения, такие как конюшня, свинарник, коровник, курятник или овчарню — в зависимости от нашей деятельности, а также рыбные пруды, пастбища и посевы.

Камеры и записывающие устройства — это первый шаг к безопасности. Однако одного просмотра и записи часто бывает недостаточно, хотя запись, безусловно, полезна в случае инцидентов с участием незваных гостей из рода человеческого, например, браконьеров на прудах.

Вам также необходимо позаботиться о надежном электроснабжении и хорошем доступе к Интернету.

Есть также хищники и другие сбившиеся с пути особи. Домашний скот без присмотра любит выходить со двора или с пастбища.

Охранные датчики движения вместо пастуха обычно плохая идея из-за неконтролируемого движения животных, каждое из которых может вызвать ложную тревогу.

Для профилактики вредителей пригодятся ультразвуковые отпугиватели животных — они полностью безопасны и не пугают других сельскохозяйственных и домашних животных.

Однако датчики могут работать «точечно» в важных местах. Правильно выбранный мониторинг таких мест, как обход дома или склады, поддерживается датчиками движения PIR или микроволновыми датчиками — в зависимости от запланированного местоположения животных. Его можно даже расположить над входом в курятник, чтобы он вместе с сигнализацией, например, сообщал хозяину о приходе лисы.

Мониторинг животных

Данные собираются с помощью аппаратных устройств, таких как RFID, технологии GPS, интеллектуальные камеры, затем они отправляются на сервер с возможностью просмотра в Интернет-браузере, по электронной почте или с помощью текстовых сообщений на смартфоны.

Уже существуют специальные интеллектуальные устройства, которые изначально разработаны с целью наблюдения и монторинга состояния домашнего скота, предоставляя данные на постоянной основе, например, об их здоровье. Это специальные умные датчики. Вот несколько примеров интеллектуальных устройств, которые используются для наблюдения за домашним скотом: SCR от Allflex и Cowlar.

Сельскохозяйственные дроны

Дроны — очень интересная тема во многих сферах. Они могут стать очень важной частью будущего сельского хозяйства.

Согласно прогнозам экспертов, включенным в отчет IDTechEx, сельское хозяйство станет серьезным рынком для производителей дронов. Стоимость этого рынка в 2027 году достигнет 480 миллионов долларов США.

Среди прочего будут использоваться дроны при разработке аэрокарт хозяйств и при оснащении их датчиками различного типа можно измерять параметры, важные для выращивания растений. С их помощью легче контролировать состояние пасевов на больших полях.  

Дроны в сельском хозяйстве могут выполнять следующие задачи:

• Мониторинг общего состояния урожая;

• Проверку на сорняки;

• Разведку земли и посевов;

• Управление домашним скотом, осмотр и внешний мониторинг их состояния здоровья;

• Контроль роста растений;

• Отслеживание утечек при орошении или мест заражения растений вредителями.

Интернет вещей для сельского хозяйства

Устанавливая датчики, например, в земле, в воде или на сельскохозяйственной технике, можно собирать такие данные, как влажность почвы или информацию о здоровье сельскохозяйственных культур.

Умные датчики помогают избегать чрезмерного орошения и чрезмерного удобрения азотом, позволяя им повышать урожайность и точно определять необходимое количество удобрений и воды. Такие датчики полезны везде, где что-то нужно налить, наполнить или дополнить — и делают это с лабораторной точностью.

Собранные данные могут храниться в облаке или на сервере, и фермер может иметь постоянный доступ к ним, например, через планшет или смартфон.

На основе большого количества собранных данных применяются экспертные системы, которые в режиме реального времени дают практические рекомендации фермерам (когда поливать, когда удобрять, подрезать и когда собирать урожай).

Вот несколько продуктов облачного мониторинга IoT, используемых в сельском хозяйстве в Европе: allMETEO, Smart Element и Psycno.

Проект Internet of Food & Farm 2020 (IoF 2020) исследует потенциал IoT-технологий для европейской пищевой и сельскохозяйственной промышленности.

Этот пилотный проект объединяет информацию с датчиков на поле со спутниковыми данными, например, чтобы при выращивании пшеницы помочь фермерам узнать, сколько удобрений и воды необходимо использовать и в какое время это делать.

IoTF 2020 — это действительно автоматизированные и комплексные системы, сочетающие в себе многочисленные функции в рамках единой контролируемой системы с прозрачными процессами, регистрацией и контролем данных.

Пример использования IoF2020:

Во многих уголках земного шара фермеры постоянно сталкиваются с проблемой поисков квалифицированных работников и помощников на время “пиков” сельскохозяйственных работ. И эта проблема в будущем может быть частично решена за счет повсеместного внедрения технологий автоматизации и робототехники, которые будут работать 24 часа в сутки и 7 дней в неделю, предоставляя своим владельцам максимальное удобство и гибкость в управлении их действиями.

Андреас Клаузер, руководитель компании CNH Industrial

Для многих европейских сельскохозяйственных предпринимателей это уже не новость, их возможности растут с развитием интеллектуальных систем.

Автономные тракторы или зерноуборочные комбайны, эффективно работающие на больших площадях, могут принести фермерам огромную выгоду.

Оснащение сельскохозяйственных машин антенной GPS раскрывает возможности системы современного земледелия, включая наведение, автоматическое рулевое управление, управление стрелой опрыскивателя, создание карт урожайности и многое другое. Таким образом, оператор может управлять всеми процессами дистанционно.

В сочетании с компьютером, который контролирует весь технологический процесс, регулируя указанные дозы, мы получаем действительно многофункциональную систему автоматизации.

Если стандартная система навигации в автомобиле обычно имеет точность 5 м, то разрабатываемое инновационное оборудование для сельского хозяйства может достигать уровня точность до 2,5 см. 

Перейдя на систему автоматического наведения, можно уменьшить количество пропусков и наложений, снизить затраты на топливо и рабочую силу, более эффективно управлять внесением семян, удобрений и химикатов, упростить рабочий процесс и даже продлить рабочий день.

Автономный концептуальный автомобиль Case IH может произвести революцию в сельском хозяйстве:

Почему это так важно? Технологии встраиваемых систем и Интернета вещей (IoT) охватывает не только бытовую технику, управление городской инфраструктурой, административными зданиями и промышленным производством, так почему бы ему не быть ближе к сельскому хозяйству? Приближается сельское хозяйство 4.0!

Сельское хозяйство открыто для новых технологий. Производители новинок видят потенциал и возможности в этой отрасли. Сами фермеры также открыты для новых инновационных продуктов.

Вот несколько примеров замечательных продуктов IoT для сельского хозяйства: Farmapp, Growlink и GreenIQ.

Умное сельское хозяйство уже доступно. Продуманные инвестиции и инновационные технологические решения лежат в основе многих отраслей, таких как выращивание фруктов, овощей, производство молочных продуктов, мяса и т.д.

В дальнейшем я рассмотрю еще более специализированные улучшения в сельском хозяйстве — среди прочего, я расскажу про использование лидаров (LiDAR) и инновационных серий датчиков.

А что вы думаете по этому поводу? Пишите в комментариях!

Яков Кузнецов

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Факультет Интернет вещей

Вы сможете:

• Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

• Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

• Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды…

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник