RU2264703C2 - Method of automatically controlled yield formation - Google Patents
Method of automatically controlled yield formation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2264703C2 RU2264703C2 RU2003131542/12A RU2003131542A RU2264703C2 RU 2264703 C2 RU2264703 C2 RU 2264703C2 RU 2003131542/12 A RU2003131542/12 A RU 2003131542/12A RU 2003131542 A RU2003131542 A RU 2003131542A RU 2264703 C2 RU2264703 C2 RU 2264703C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parameters
- soil
- machine
- technological
- optimal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в автоматизированных системах управления земледельческими технологиями.The invention relates to the field of agriculture and can be used in automated control systems for agricultural technologies.
Известны способы автоматизированного управления формированием урожая, объединенные под направлением программирование урожаев. Они включают в себя операции ручного сбора и фиксации информации о физических свойствах, химическом составе почвы и погодных условиях на сельскохозяйственном поле, использовании математических моделей влияния этих факторов на конечный урожай, выполнении расчетов по параметрам основных технологий перед посевом растений и проведении технологических операций в соответствии с этими расчетами (смотри, например [1]). Указанным способам свойственна невысокая надежность в получении реального урожая, что связано с недостаточной обоснованностью предварительных расчетов из-за недостатков используемых математических моделей, таких как неучет динамики процессов и неопределенность в параметрах, а также отсутствием оперативной корректировки технологий по изменениям природно-климатической обстановки и ситуации на сельскохозяйственном поле, которому свойственны нестационарность и пространственная неоднородность агрофизических свойств почв и генетических особенностей растений. Все это в целом приводит к недополучению урожая и неоправданным расходам материальных и энергетических ресурсов.Known methods for automated control of crop formation, combined under the direction of programming crops. They include operations of manual collection and recording of information on physical properties, chemical composition of the soil and weather conditions on the agricultural field, using mathematical models of the influence of these factors on the final crop, performing calculations according to the parameters of the main technologies before planting and carrying out technological operations in accordance with by these calculations (see, for example, [1]). The indicated methods are characterized by low reliability in obtaining a real crop, which is due to the insufficient validity of preliminary calculations due to the shortcomings of the mathematical models used, such as the neglect of process dynamics and the uncertainty in the parameters, as well as the lack of operational adjustment of technologies for changes in the natural and climatic situation and the situation agricultural field, which is characterized by unsteadiness and spatial heterogeneity of the agrophysical properties of soils and genetic cific features of plants. All this as a whole leads to crop shortages and unjustified expenses of material and energy resources.
Прототипом изобретения является способ автоматизированного управления формированием урожая, включающий в себя последовательность операций по учету информации о физических свойствах, химическом составе почвы и погодных условиях на сельскохозяйственном поле, а также пространственной неоднородности агрохимических параметров почв и генетических свойств растений. В дополнение к этой информации здесь используют данные о фактическом урожае за предыдущий год на каждом небольшом фрагменте сельскохозяйственного поля, для чего фиксируют сигналы спутниковой системы определения пространственных координат машины в моменты уборки урожая (см. [2]). Кроме того, здесь на основе математических моделей влияния почвенных и климатических факторов на конечный урожай производят расчеты параметров основных технологий перед посевом растений и выполняют технологические операции в соответствии с этими расчетами для каждого малого фрагмента сельскохозяйственного поля.The prototype of the invention is a method of automated control of crop formation, which includes a sequence of operations for recording information on physical properties, chemical composition of soil and weather conditions on an agricultural field, as well as spatial heterogeneity of soil agrochemical parameters and plant genetic properties. In addition to this information, data on the actual crop for the previous year on each small fragment of the agricultural field are used here, for which the signals of the satellite system for determining the spatial coordinates of the machine at the time of harvesting are recorded (see [2]). In addition, here, on the basis of mathematical models of the influence of soil and climatic factors on the final crop, the parameters of the main technologies are calculated before planting and technological operations are performed in accordance with these calculations for each small fragment of the agricultural field.
В связи с тем, что урожай на каждом малом фрагменте сельскохозяйственного поля фиксируют в пространственных координатах только в конце вегетационного периода, то в этом способе также не учитывается оперативная природно-климатическая обстановка, нестационарность агрофизических параметров почв и генетических свойств растений, что не позволяет существенно повысить надежность получения урожаев. Кроме того, использование спутниковых систем определения пространственных координат не позволяет измерять высотную координату поля и тем самым учитывать влияние рельефа почвы на урожай, а сеансы связи со спутниками имеют высокую стоимость, что в целом существенно затрудняет их практическое применение.Due to the fact that the yield on each small fragment of the agricultural field is fixed in spatial coordinates only at the end of the growing season, this method also does not take into account the operational climatic situation, the unsteadiness of the agrophysical parameters of soils and the genetic properties of plants, which does not significantly increase reliability of harvesting. In addition, the use of satellite-based systems for determining spatial coordinates does not allow measuring the altitude coordinate of the field and thereby taking into account the effect of the topography of the soil on the crop, and communication sessions with satellites are of high cost, which in general significantly complicates their practical application.
Изобретение решает задачу повышения величины и надежности процесса формирования урожая за счет существенного повышения степени его автоматизации на стадии, предшествующей периоду вегетации растений и в процессе их роста и развития.The invention solves the problem of increasing the size and reliability of the process of crop formation by significantly increasing the degree of automation at the stage preceding the period of plant vegetation and in the process of their growth and development.
Заявляемый способ автоматизированного управления формированием урожая, как и прототип, включает в себя операции по получению информации о физических свойствах, химическом составе почвы и о погодных условиях на сельскохозяйственном поле, а также информации о фактическом урожае за предыдущий год на каждом малом фрагменте сельскохозяйственного поля, сопоставляемой с сигналами системы определения пространственных координат во время уборки урожая, использование математических моделей влияния почвенных и климатических факторов на конечный урожай, производство расчетов по параметрам основных технологий перед посевом растений и проведение технологических воздействий в реальном времени в соответствии с этими расчетами для каждого малого фрагмента сельскохозяйственного поля.The inventive method of automated control of the formation of the crop, as well as the prototype, includes operations to obtain information on the physical properties, chemical composition of the soil and weather conditions on the agricultural field, as well as information on the actual crop for the previous year on each small fragment of the agricultural field, compared with signals from the system for determining spatial coordinates during harvesting, the use of mathematical models of the influence of soil and climatic factors on the end harvest, calculations based on the parameters of the main technologies before planting and real-time technological impacts in accordance with these calculations for each small fragment of the agricultural field.
Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что перед началом периода вегетации определяют оптимальную программу изменения средних по полю показателей развития растений и параметров почвенной среды путем поиска максимума по параметрам технологических операций критерия оптимальности, учитывающего разность между стоимостью урожая и затратами на его получение, в реальном времени перед выполнением каждой технологической операции первым измерительным проходом сельскохозяйственной машины без орудий измеряют ее пространственные координаты, для чего одновременно используют сигналы кинематического счислителя пути относительно исходной точки поля с известными пространственными координатами, двухстепенного гироскопа, определяющего абсолютный курс и угол наклона к горизонту в направлении движения машины, магнитного компаса, определяющего магнитный курс сельскохозяйственной машины и одностепенного гироскопа, определяющего угол поперечного крена машины, одновременно при прохождении машины, с заданным периодом дискретизации поверхности поля производят телевизионную съемку растений, спектральную фотоэлектронную съемку поверхности почвы, измерение влажности и плотности почвы, все измеренные сигналы посредством радиомодемной связи передают от сельскохозяйственной машины на стационарный компьютер, где оценивают текущие показатели развития растений и параметров почвенной среды, и фиксируют в его памяти, куда же одновременно подают сигналы от метеостанции о температуре окружающего воздуха, уровне солнечной радиации, интенсивности осадков, по измеренной информации уточняют параметры моделей растений и почвенной среды, вторым рабочим проходом сельскохозяйственной машины с орудиями измеряют ее пространственные координаты, сигналы по радиомодемной связи передают на стационарный компьютер, где в его памяти для каждого малого фрагмента поля сравнивают измеренные значения показателей развития растений и параметров почвенной среды, полученные при первом проходе, с их оптимальными средними значениями, по результатам сравнения формируют поправки к средним оптимальным значениям параметров технологических воздействий, для каждого малого фрагмента поля определяют размер общего технологического воздействия, складывающегося из оптимального среднего и локальной поправки, которое по модемной связи передают в форме задания бортовому регулятору орудия машины, осуществляющего технологическое воздействие.The inventive method differs from the prototype in that before the start of the growing season, determine the optimal program for changing the field-average indicators of plant development and soil parameters by searching for a maximum of the parameters of technological operations of the optimality criterion, taking into account the difference between the cost of the crop and the cost of obtaining it, in real time Before each technological operation is performed, the first measuring passage of an agricultural machine without tools measures its spatial rdinates, for which they simultaneously use the signals of the kinematic numerator of the path relative to the starting point of the field with known spatial coordinates, a two-stage gyroscope that determines the absolute course and angle of inclination to the horizon in the direction of movement of the machine, a magnetic compass that determines the magnetic course of the agricultural machine and one-stage gyroscope that determines the transverse angle the roll of the machine, simultaneously with the passage of the machine, with a given period of sampling the surface of the field produce television This plant survey, spectral photoelectronic survey of the soil surface, measurement of soil moisture and density, all the measured signals are transmitted via radio modem communication from the agricultural machine to a stationary computer, where the current indicators of plant development and soil parameters are evaluated, and recorded in its memory, where, simultaneously give signals from a weather station about the ambient temperature, the level of solar radiation, the intensity of precipitation, according to the measured information specify the parameters of the models soil and soil environment, the second working pass of an agricultural machine with implements measures its spatial coordinates, the signals are transmitted via radio modem communication to a stationary computer, where in its memory for each small fragment of the field the measured values of the indicators of plant development and soil parameters obtained during the first pass are compared , with their optimal average values, according to the results of comparison, form corrections to the average optimal values of the parameters of technological impacts, for each fields define the small fragment size general exposure process is made up of an optimal average and local corrections, which in modem communications is transmitted in the form of tasks onboard controller implements machine performing technological impact.
Дополнительно заявляемый способ отличается тем, что измеренные значения температуры окружающего воздуха, уровня солнечной радиации и интенсивности осадков усредняют на суточном интервале времени и сравнивают с прогнозными значениями метеоусловий, формируемыми моделью, и в случае их различия по ним уточняют параметры модели метеоусловий; при уточнении параметров модели метеоусловий повторяют всю последовательность операций по формированию оптимальных программ выполнения технологических операций, в результате чего получают новые значения оптимальных программ параметров технологических операций и показателей развития растений и физических параметров почвы, которые фиксируют в памяти стационарного компьютера вместо предыдущих программ.Additionally, the inventive method is characterized in that the measured values of the ambient temperature, the level of solar radiation and precipitation intensity are averaged over a daily time interval and compared with the forecast values of the weather conditions formed by the model, and if they differ, they clarify the parameters of the weather conditions model; when specifying the parameters of the weather model, the entire sequence of operations for generating optimal programs for performing technological operations is repeated, as a result of which new values are obtained for optimal programs for parameters of technological operations and indicators of plant development and physical parameters of the soil, which are recorded in the memory of a stationary computer instead of previous programs.
Дополнительно заявляемый способ отличается тем, что измерение влажности и плотности почвы осуществляют диэлькометрическими датчиками-щупами, которые погружают в почвенную среду во время движения машины и в основаниях которых размещают тензометрические чувствительные элементы.Additionally, the inventive method is characterized in that the measurement of moisture and soil density is carried out by dielcometric probes, which are immersed in the soil while the machine is moving and in the bases of which strain gauge sensors are placed.
Достигаемое от использования изобретения повышение надежности формирования урожая обеспечивается тем, что предварительное определение программы средних по полю показателей развития растений и параметров почвенной среды из условия максимума критерия, учитывающего разность между стоимостью урожая и затратами на его получение, позволяет сформировать экономически целесообразный технологический режим формирования урожая. Использование измерительного прохода сельскохозяйственной машины перед выполнением технологических операций с одновременным измерением и фиксацией пространственных координат, состояния растений и почвенной среды позволяет оценить локальные отклонения технологического режима формирования урожая от оптимальных средних значений и подготовить задания бортовым регуляторам для всех последующих проходов сельскохозяйственных машин, оборудованных различными, несовместимыми в одной технологической операции орудиями. Отработка этих заданий сельскохозяйственными машинами позволяет получить экономически целесообразный урожай равномерно по всей поверхности поля. Использование для определения пространственных координат сигналов кинематического счислителя пути, гироскопических датчиков положения машины и магнитного компаса позволяет получить значения координат в трех измерениях, не прибегая к спутниковой информации. Это одновременно экономит средства и обеспечивает более высокую точность позиционирования машины и последующего воспроизводства технологического режима. Измерение плотности и влажности почвы диэлькометрическими датчиками-щупами с размещенными на них тензометрическими датчиками позволяет существенно расширить информацию о состоянии почвенной среды, полученную сканирующими приборами, и тем самым повысить точность воспроизводства оптимальных режимов формирования экономически целесообразного урожая. В целом реализация заявляемого способа позволяет повысить не менее чем на 50% урожайность на единицу площади сельскохозяйственного поля при одновременном снижении себестоимости на 60-70%. Максимальный эффект от реализации способа наблюдается на пропашных культурах, имеющих более сложную структуру технологических процессов по сравнению с зерновыми и техническими культурами.The increase in the reliability of crop formation achieved by using the invention is ensured by the preliminary determination of the program of field-average indicators of plant development and soil parameters from the condition of the maximum criterion that takes into account the difference between the cost of the crop and the costs of its production, which allows to form an economically feasible technological mode of crop formation. The use of a measuring passage of an agricultural machine before performing technological operations with simultaneous measurement and fixing of spatial coordinates, state of plants and soil environment allows us to estimate local deviations of the technological regime of crop formation from optimal average values and prepare tasks for on-board regulators for all subsequent passes of agricultural machines equipped with various, incompatible in one technological operation by guns. Testing these tasks with agricultural machines allows you to get an economically viable crop evenly across the entire field surface. Using for determining the spatial coordinates of the signals of the kinematic numerator of the path, gyroscopic sensors of the position of the machine and the magnetic compass allows you to get the coordinates in three dimensions without resorting to satellite information. This at the same time saves money and provides higher accuracy of positioning the machine and subsequent reproduction of the technological mode. Measurement of soil density and moisture by dielcometric probe probes with strain gauge sensors placed on them makes it possible to significantly expand the information on the state of the soil obtained by scanning devices, and thereby increase the accuracy of reproducing optimal conditions for the formation of an economically viable crop. In general, the implementation of the proposed method can increase at least 50% yield per unit area of the agricultural field while reducing costs by 60-70%. The maximum effect from the implementation of the method is observed on row crops, having a more complex structure of technological processes compared with cereals and industrial crops.
На фиг.1 представлена схема, поясняющая пример реализации способа автоматизированного управления формированием урожая, на фиг.2 - диэлькометрический датчик.Figure 1 presents a diagram illustrating an example implementation of a method of automated control of the formation of the crop, figure 2 - dielcometric sensor.
Для реализации заявляемого способа необходима сельскохозяйственная техника, включающая в себя трактор, на который навешивают автоматизированные почвообрабатывающие агрегаты, посадочные и поливные агрегаты, автоматизированные машины по внесению жидких удобрений, автоматизированные агрегаты по обработке растений пестицидами, автоматизированные культиваторы и прореживатели, самоходные автоматизированные уборочные машины.To implement the proposed method, agricultural machinery is required, which includes a tractor on which automated soil cultivating units, planting and irrigation units, automated machines for applying liquid fertilizers, automated plants for processing plants with pesticides, automated cultivators and decimators, self-propelled automated harvesting machines are mounted.
Сельскохозяйственную машину, выполняющую измерительные проходы (на чертеже условно не показана) оборудуют системой пространственного позиционирования, включающей в себя двухстепенной гироскоп 1 с датчиками 2, 3, а также магнитный компас 4 с датчиком 5, одностепенной гироскоп 6 с датчиком 7, кинематический датчик пути 8, оснащенный счислителем 9. Для измерения состояния растений машину оборудуют телекамерой 10, а для измерения содержания химических элементов питания N,P,K-спектральным электронным фотометром 11, имеющим излучатель 12 и приемник 13. Для измерения влажности почвенной среды машину оборудуют диэлькометрическим датчиком 14, оборудованным излучателем 15 и приемником 16 высокочастотных колебаний, в основаниях которых размещены тензометрические датчики 17, предназначенные для измерения плотности почвы.An agricultural machine that performs measuring passes (not shown conventionally in the drawing) is equipped with a spatial positioning system, which includes a two-stage gyroscope 1 with sensors 2, 3, as well as a magnetic compass 4 with a sensor 5, a single-stage gyroscope 6 with a sensor 7, and a kinematic path sensor 8 equipped with a numerator 9. To measure the condition of plants, the machine is equipped with a television camera 10, and to measure the content of chemical elements of the food by an N, P, K-spectral electronic photometer 11 having an emitter 12 and a receiver 13. To measure soil moisture, the machine is equipped with a
Все датчики, размещенные на сельскохозяйственной машине, подключают к блоку кодирования сигналов 18, который в свою очередь подключают к радиомодему 19. Для приема сигналов от радиомодема 19, размещенного на сельскохозяйственной машине, на стационарный компьютер 20, его оборудуют собственным радиомодемом 21. Для реализации способа необходима собственная метеостанция, которую оборудуют датчиками температуры 22, солнечной радиации 23 и интенсивности осадков 24, которые подключают к нормирующему преобразователю сигналов 25, а его в свою очередь подключают к стационарному компьютеру 20.All sensors located on the agricultural machine are connected to the signal encoding unit 18, which in turn is connected to the radio modem 19. To receive signals from the radio modem 19 located on the agricultural machine to the stationary computer 20, it is equipped with its own radio modem 21. To implement the method you need your own weather station, which is equipped with temperature sensors 22, solar radiation 23 and precipitation intensity 24, which are connected to a normalizing signal converter 25, and it, in turn, dklyuchayut to a stationary computer 20.
Сельскохозяйственную машину 26, выполняющую технологические операции, оборудуют системой определения пространственных координат, включая двухстепенной гироскоп 1 с датчиками 2, 3; магнитный компас 4 с датчиком 5; двухстепенной гороскоп 6 с датчиком 7; кинематический датчик 8 со счислителем пути 9; блок преобразования сигналов 18 и радиомодем 19, подключаемый к бортовому компьютеру 27. Кроме того, машину 26 оборудуют технологическим орудием 28, рабочие органы 29 которого непосредственно воздействуют на растения и почву. Величину такого воздействия изменяют посредством исполнительного механизма 30, который подключают к бортовому компьютеру 27.An agricultural machine 26 performing technological operations is equipped with a system for determining spatial coordinates, including a two-stage gyroscope 1 with sensors 2, 3; magnetic compass 4 with sensor 5; two-stage horoscope 6 with a sensor 7; kinematic sensor 8 with the numerator of the path 9; a signal conversion unit 18 and a radio modem 19 connected to the on-board computer 27. In addition, the machine 26 is equipped with a technological tool 28, the working bodies 29 of which directly affect the plants and soil. The magnitude of this effect is changed by the actuator 30, which is connected to the on-board computer 27.
Перед началом очередного вегетационного периода, по информации о реальном урожае, агрофизических параметрах почвы и климатических параметрах, полученной на предыдущем периоде вегетации, определяют параметры математической модели, определяющей изменения в суточном масштабе времени средних по площади поля показателей развития растений и физических параметров почвы в зависимости от природно-климатических факторов и параметров технологических операций:Before the start of the next growing season, according to information on the real crop, soil agrophysical parameters and climatic parameters obtained in the previous vegetation period, the parameters of the mathematical model are determined that determine the changes in the daily time scale of the average field development indicators of plants and soil physical parameters depending on natural and climatic factors and parameters of technological operations:
t∈(t0, T); X(t0)=X0;t∈ (t 0 , T); X (t 0 ) = X 0 ;
и математическую модель метеоусловий:and mathematical model of weather conditions:
где t∈(t0, T) - время и интервал вегетации;where t∈ (t 0 , T) is the time and interval of the growing season;
Х-[7×1] - вектор средних по полю показателей развития растений и параметров почвенной среды, компонентами которого являются:X- [7 × 1] is the vector of field-average indicators of plant development and soil parameters, the components of which are:
х1 - общая биомасса растений на единице площади,x 1 - total biomass of plants per unit area,
х2 - масса урожая на единице площади,x 2 is the mass of the crop per unit area,
x3 - плотность почвы,x 3 - soil density,
x4 - влажность почвы,x 4 - soil moisture,
x5 - содержание химического элемента N в почве,x 5 - the content of the chemical element N in the soil,
x6 - содержание химического элемента Р в почве,x 6 - the content of the chemical element P in the soil,
х7 - содержание химического элемента К в почве;x 7 - the content of the chemical element K in the soil;
А[1×7], В[7×3], С[7×3], D[7×2] - матрицы параметров модели;A [1 × 7], B [7 × 3], C [7 × 3], D [7 × 2] - matrix of model parameters;
U(t)-[3×1] - векторная оптимальная программа изменения параметров технологических операций, выполняемых в период вегетации, в состав которой входят:U (t) - [3 × 1] is a vector optimal program for changing the parameters of technological operations performed during the growing season, which includes:
F(t)-[3×1] - вектор климатических возмущений, компонентами которого являются:F (t) - [3 × 1] is the vector of climatic disturbances, the components of which are:
f1(t) - температура воздушной среды,f 1 (t) - air temperature,
f2(t) - уровень солнечной радиации,f 2 (t) is the level of solar radiation,
f3(t) - интенсивность осадков;f 3 (t) is the intensity of precipitation;
g-[2×1] - вектор средних по широте и долготе пространственных градиентов;g- [2 × 1] is the vector of spatial latitude and longitude averages of spatial gradients;
Р - матрица параметров модели метеоусловий.P - matrix of weather model parameters.
Кроме вида и значений параметров математической модели для реализации способа используют информацию о ценах:In addition to the type and values of the parameters of the mathematical model, the following price information is used to implement the method:
c - рыночная стоимость урожая;c is the market value of the crop;
R - вектор стоимостей параметров технологических операций;R is the vector of cost parameters of technological operations;
r - вектор текущих затрат на формирование урожая.r is the vector of current costs for the formation of the crop.
С учетом наличия исходной информации определяют оптимальную с точки зрения экономической целесообразности программу изменения средних по полю показателей развития растений и параметров почвенной среды путем поиска максимума по параметрам технологических операций следующего критерия оптимальности Q(T):Taking into account the availability of initial information, the optimal program is determined from the point of view of economic feasibility for changing the average field development indicators of plants and soil parameters by searching for the maximum in terms of technological parameters of the following optimality criterion Q (T):
где Т - символ транспонирования вектора или матрицы,where T is the symbol for transposing a vector or matrix,
Ω - область ограничений на параметры технологических операций. Ω is the region of restrictions on the parameters of technological operations.
Для этого реализуют следующую последовательность вычислительных операций:To do this, implement the following sequence of computational operations:
1. Для заданной длины интервала вегетации t∈(t0, T) прогнозируют вектор климатических возмущений F(t)=Ф(t)P.1. For a given length of the vegetation interval t∈ (t 0 , T), the vector of climatic disturbances F (t) = Ф (t) P is predicted.
2. Принимают начальное приближение оптимальной программы изменения параметров технологических операций: 
t∈(t0, T); X(t0)=X0,t∈ (t 0 , T); X (t 0 ) = X 0 ,
после чего определяют величину критерия оптимальностиthen determine the value of the optimality criterion
3. В направлении от конца вегетационного периода к его началу определяют программу вспомогательных переменных, определяющих влияние программы параметров технологических операций на показатели развития растений и физические параметры почвы3. In the direction from the end of the growing season to its beginning, determine the program of auxiliary variables that determine the influence of the program of parameters of technological operations on indicators of plant development and physical parameters of the soil
4. По программе вспомогательных переменных определяют поправки оптимальной программы параметров технологических операций4. According to the program of auxiliary variables, amendments to the optimal program of parameters of technological operations are determined
5. Уточняют оптимальную программу параметров с учетом величины поправки и заданной области ограничений5. Clarify the optimal program of parameters taking into account the magnitude of the correction and a given range of restrictions
U*(t)k+1=U*(t)k, если U*(t)k+1∉ Ω.U * (t) k + 1 = U * (t) k if U * (t) k + 1 ∉ Ω.
6. Определяют новое значение критерия оптимальности6. Determine the new value of the optimality criterion
и его приращениеand its increment
7. Если полученное приращение ΔQk меньше заданной величины δ, то оптимальную программу параметров технологических операций U*(t) считают найденной и ее подставляют в модель (4), в результате получают оптимальную программу показателей развития растений и физических параметров почвы Х*(t), обеспечивающих экономически целесообразный урожай в конце интервала вегетации 
8. Если полученное приращение ΔQk больше заданной величины δ, то принимается k=k+1 и осуществляют переход к п.2.8. If the obtained increment ΔQ k is greater than the specified value of δ, then k = k + 1 is adopted and the transition to step 2 is carried out.
Полученные оптимальные программы параметров технологических операций U*(t) и показателей развития растений и физических параметров почвы Х*(t) фиксируют в памяти стационарного компьютера 20.The obtained optimal programs of parameters of technological operations U * (t) and indicators of plant development and physical parameters of soil X * (t) are recorded in the memory of a stationary computer 20.
В реальном времени, перед выполнением очередной технологической операции, очередность которой определена оптимальной программой U*(t), осуществляют измерительный проход сельскохозяйственной машины без орудия. Проход начинают от исходной точки поля, плоские пространственные координаты, широта s0 и долгота d0 известны. Во время прохода посредством кинематического датчика 8 и счислителя пути 9 измеряют пройденный путь L в произвольном направлении, определяемом технологическими требованиями. Величина пути фиксируется через заданные дискретные промежутки времени (0, Т), обозначаемые номерами k.In real time, before performing the next technological operation, the sequence of which is determined by the optimal program U * (t), they measure the passage of an agricultural machine without tools. The passage starts from the starting point of the field, flat spatial coordinates, latitude s 0 and longitude d 0 are known. During the passage through the kinematic sensor 8 and the numerator of the path 9 measure the distance traveled L in an arbitrary direction determined by the technological requirements. The value of the path is fixed at given discrete time intervals (0, T), denoted by the numbers k.
Одновременно двухстепенным гироскопом 1 посредством датчика 2 измеряют абсолютный курс ψг(t), магнитным компасом 4 посредством датчика 5 определяют магнитный курс ψм(t). При этом сигнал магнитного курса ψм(t) непрерывно усредняют и полученную величину 
Кроме того, двухстепенным гироскопом 1 посредством датчика 3 определяют продольный угол наклона к горизонту θ(t), который усредняют на интервале фиксации пути (0, Т) 
На основании средних значений географического курса, углов продольного и поперечного наклона машины к горизонту определяют пространственные координаты машины в дискретных точках фиксации, представляющих собой малые фрагменты поверхности поля:Based on the average values of the geographic course, the angles of the longitudinal and transverse inclination of the machine to the horizon, the spatial coordinates of the machine are determined at discrete fixation points, which are small fragments of the field surface:
где s(k), d(k), h(k) - географические широта, долгота и геодезическая высота в точке фиксации;where s (k), d (k), h (k) - geographical latitude, longitude and geodetic height at the fixation point;
g1(k), g2(t) - средние градиенты рельефа поля в продольном и поперечном направлениях.g 1 (k), g 2 (t) are the average gradients of the field relief in the longitudinal and transverse directions.
Для каждой точки фиксации пространственных координат телекамерой 10 фиксируют электронные изображения растений i(k), а электронным спектрофотометром 11 за счет излучателя 12 и приемника 13 ведут сканирование поверхности поля в зоне фиксации j(k).For each point of fixation of spatial coordinates, a camera 10 captures electronic images of plants i (k), and an electronic spectrophotometer 11 scans the field surface in the fixation zone j (k) using an emitter 12 and a receiver 13.
Одновременно при движении машины датчик 14 погружается в почвенную среду и за счет взаимодействия излучателя 15 и приемника 16 измеряет влажность почвы в корнеобитаемом слое w(k), а за счет малой деформации тензодатчиков 17 измеряют плотность почвы в корнеобитаемом слое p(k).At the same time, when the machine is moving, the
Все сигналы о пространственных координатах s(k), d(k), h(k), g1(k), g2(k), a также изображения растений i(k), спектральные электронные фотографии поверхности почвы j(k), влажности w(k) и плотности p(k) почвы поступают на вход нормирующего преобразователя 18, где они преобразуются в цифровой код, поступающий на радиомодем 19, посредством которого всю информацию посылают на приемный радиомодем 21 стационарного компьютера 20, где она фиксируется в оперативной базе данных. На основании этих сигналов, после прохождения машиной всего поля, оценивают оперативное значение всех компонент вектора показателей развития растений и параметров почвенной среды X(k) во всех малых фрагментах поверхности поля и среднего по полю вектора пространственных градиентов g.All signals about the spatial coordinates s (k), d (k), h (k), g 1 (k), g 2 (k), as well as images of plants i (k), spectral electronic photographs of the soil surface j (k) , moisture w (k) and soil density p (k) are fed to the input of the normalizing transducer 18, where they are converted into a digital code supplied to the radio modem 19, by which all information is sent to the receiving radio modem 21 of the stationary computer 20, where it is recorded in the operational database. Based on these signals, after the machine has passed the entire field, the operational value of all the components of the vector of indicators of plant development and soil parameters X (k) is estimated in all small fragments of the field surface and the field average vector of spatial gradients g.
Измеренные значения векторов показателей развития растений и параметров почвенной среды для каждого малого фрагмента поля X(k) сравнивают с оптимальными средними значениями Х*(t), по результатам сравнения формируют поправки к средним оптимальным значениям параметров технологических воздействий по законуThe measured values of the vectors of indicators of plant development and soil parameters for each small fragment of the field X (k) are compared with the optimal average values of X * (t), according to the results of the comparison, corrections to the average optimal values of the parameters of technological impacts are formed according to the law
которые заносят в оперативную базу данных компьютера 20.which are entered into the operational database of the computer 20.
Одновременно с полевыми измерениями на стационарной метеостанции производят измерение температуры f1(t) датчиком 22, уровня солнечной радиации f2(t) датчиком 23 и интенсивности осадков f3(t) датчиком 24. Эти сигналы поступают на второй нормирующий преобразователь 25, где они преобразуются в цифровой код и поступают на стационарный компьютер 20. Здесь они усредняются на суточном интервале времени и сравниваются с прогнозными значениями метеоусловий, формируемыми моделью, и в случае их различия по ним уточняют параметры модели метеоусловий F(t)=Ф(t)Р. При уточнении параметров модели метеоусловий повторяют всю последовательность операций (3)-(10) по формированию оптимальных программ выполнения технологических операций, в результате чего получают новые оптимальные значения оптимальных программ параметров технологических операций U*(t) и показателей развития растений и физических параметров почвы Х*(t), которые фиксируют в памяти компьютера 20 вместо предыдущих программ.Simultaneously with field measurements at a stationary weather station, temperature f 1 (t) is measured by sensor 22, solar radiation level f 2 (t) by sensor 23 and precipitation intensity f 3 (t) by sensor 24. These signals are fed to the second normalizing converter 25, where they they are converted into a digital code and fed to a stationary computer 20. Here they are averaged over a daily time interval and compared with the forecast values of the weather conditions formed by the model, and if they differ, they specify the parameters of the weather model F (t) = Ф ( t) R. When refining the parameters of the weather model, the whole sequence of operations (3) - (10) is repeated to form optimal programs for performing technological operations, as a result of which new optimal values are obtained for optimal programs for the parameters of technological operations U * (t) and indicators of plant development and soil physical parameters X * (t), which are fixed in the memory of computer 20 instead of previous programs.
В момент выполнения технологических операций сельскохозяйственная машина 26 с орудием 28 перемещается по полю, начиная от исходной точки с известными пространственными координатами, широтой s0 и долготой d0. При движении машины по полю измеряют только плоские пространственные координаты s(k), d(k), широту и долготу соответственно, которые посылают через радиомодемы 19, 21 на стационарный компьютер 20. Для измеренных значений плоских пространственных координат из базы данных извлекают поправки к средним оптимальным значениям параметров технологических воздействий ΔU(t, k), которые складывают с оптимальным средним значением параметра технологической операции U*(t) и посылают с модема 21 компьютера 20 на модем 19 машины 26 в форме задания бортовому компьютеру 27. Бортовой компьютер 27 формирует команды управления на исполнительный механизм 30 орудия 29, которое воспроизводит в пространстве и во времени технологическое воздействие на почвенную среду и растения на каждом малом фрагменте поля. At the time of the technological operations, an agricultural machine 26 with a implement 28 moves across the field, starting from the starting point with known spatial coordinates, latitude s 0 and longitude d 0 . When the machine moves across the field, only the flat spatial coordinates s (k), d (k), latitude and longitude, respectively, are measured, which are sent via the radio modems 19, 21 to the stationary computer 20. For the measured values of the flat spatial coordinates, the corrections to the mean values are extracted from the database optimum values of parameters of technological influences ΔU (t, k), which is folded with the optimal average value of a technological operation parameter U * (t) and is sent from the computer 21 modem 20 to the modem 19 of the machine 26 in the form of tasks onboard compu Yeru 27. Trip computer 27 generates control commands to the actuator 30 guns 29, which reproduces in space and in time the technological impact on the soil environment and plants on each small fragment field.
Источники информацииSources of information
1. Бондаренко Н.Ф., Жуковский Е.Е., Кащенко А.С. и др. Высокие урожаи по программе. Лениздат, 1986, с.13-30.1. Bondarenko N.F., Zhukovsky E.E., Kashchenko A.S. and others. High yields according to the program. Lenizdat, 1986, pp. 13-30.
2. Дифференцированное применение удобрений в системе координатного земледелия. Аналитическая справка (обзор). М.: Информагротех, №6-1, 2002, с.9-10.2. The differentiated use of fertilizers in the coordinate farming system. Analytical information (review). M .: Informationgrotech, No. 6-1, 2002, p. 9-10.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003131542/12A RU2264703C2 (en) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | Method of automatically controlled yield formation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003131542/12A RU2264703C2 (en) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | Method of automatically controlled yield formation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003131542A RU2003131542A (en) | 2005-04-20 |
| RU2264703C2 true RU2264703C2 (en) | 2005-11-27 |
Family
ID=35634466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003131542/12A RU2264703C2 (en) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | Method of automatically controlled yield formation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2264703C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537912C2 (en) * | 2013-04-29 | 2015-01-10 | Государственное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ АФИ Россельхозакадемии) | Method of automatic control of crop condition |
| RU2731082C1 (en) * | 2019-09-03 | 2020-08-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Mobile robot-sprayer for pesticide treatment of intertilled vegetable and low-growing berry crops |
| RU2772889C1 (en) * | 2021-06-08 | 2022-05-26 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Агрофизический научно-исследовательский институт" (ФГБНУ АФИ) | Method for simultaneous differentiated application of liquid mineral fertilizers and herbicides and a device for its implementation |
-
2003
- 2003-10-27 RU RU2003131542/12A patent/RU2264703C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Дифференцированное применение удобрений в системе координатного земледелия. Аналитическая справка (обзор). М., Информагротех, 2002, №6-1, с.9-10. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537912C2 (en) * | 2013-04-29 | 2015-01-10 | Государственное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ АФИ Россельхозакадемии) | Method of automatic control of crop condition |
| RU2731082C1 (en) * | 2019-09-03 | 2020-08-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Mobile robot-sprayer for pesticide treatment of intertilled vegetable and low-growing berry crops |
| RU2772889C1 (en) * | 2021-06-08 | 2022-05-26 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Агрофизический научно-исследовательский институт" (ФГБНУ АФИ) | Method for simultaneous differentiated application of liquid mineral fertilizers and herbicides and a device for its implementation |
| RU2797047C1 (en) * | 2023-04-04 | 2023-05-31 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Mobile robot for contact application of pesticides |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003131542A (en) | 2005-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Blackmer et al. | Using precision farming technologies to improve management of soil and fertiliser nitrogen | |
| CN111399508B (en) | Intelligent agriculture system and intelligent agriculture method | |
| CN110427995B (en) | Bayesian soil moisture estimation method based on multi-source remote sensing data | |
| US8731836B2 (en) | Wide-area agricultural monitoring and prediction | |
| JP7195176B2 (en) | Fertilization design device, agricultural equipment, fertilization design method, and fertilization design program | |
| Bakhtiari et al. | Precision farming technology, opportunities and difficulty | |
| RU2537912C2 (en) | Method of automatic control of crop condition | |
| Bill et al. | GIS in Agriculture | |
| Searcy | Precision Farming | |
| Nguyen et al. | Analysis of main tasks of precision farming solved with the use of robotic means | |
| Zaman et al. | An automated cost-effective system for real-time slope mapping in commercial wild blueberry fields | |
| Liu et al. | Winter wheat yield estimation based on assimilated Sentinel-2 images with the CERES-Wheat model | |
| Ahmad et al. | Components of precision agriculture | |
| RU2264703C2 (en) | Method of automatically controlled yield formation | |
| Plaščak et al. | An overview of precision irrigation systems used in agriculture | |
| Jelínek et al. | Landsat and Sentinel-2 images as a tool for the effective estimation of winter and spring cultivar growth and yield prediction in the Czech Republic | |
| Jafari et al. | Improving CERES-Wheat yield forecasts by assimilating dynamic landsat-based leaf area index: A case study in Iran | |
| Ferguson et al. | Developing prescriptive soil nutrient maps | |
| Sharma et al. | Investigations of precision agriculture technologies with application to developing countries | |
| Wallor et al. | A comprehensive data set demonstrating the spatial variability of soil properties and crop growth conditions at field scale | |
| US20220124960A1 (en) | Commercial Farm Optimization Utilizing Simulation, Remote Sensing, and Farmer Inputs | |
| EP4162783A1 (en) | Method and system for providing a site specific fertilizer recommendation | |
| Bill et al. | Geographic information systems in agriculture | |
| US11844298B2 (en) | Management of the dosing of inputs to be applied to an agricultural surface | |
| JP7434618B2 (en) | Information processing device, information processing method, program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181028 |