RU2455660C1 - Method of accelerated identification of stable internal field contours of soil fertility in agricultural fields - Google Patents

Method of accelerated identification of stable internal field contours of soil fertility in agricultural fields Download PDF

Info

Publication number
RU2455660C1
RU2455660C1 RU2011111095/28A RU2011111095A RU2455660C1 RU 2455660 C1 RU2455660 C1 RU 2455660C1 RU 2011111095/28 A RU2011111095/28 A RU 2011111095/28A RU 2011111095 A RU2011111095 A RU 2011111095A RU 2455660 C1 RU2455660 C1 RU 2455660C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
agricultural
field
contours
soil
ppv
Prior art date
Application number
RU2011111095/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рафаил Александрович Афанасьев (RU)
Рафаил Александрович Афанасьев
Роман Федорович Байбеков (RU)
Роман Федорович Байбеков
Майя Алексеевна Беличенко (RU)
Майя Алексеевна Беличенко
Егор Викторович Березовский (RU)
Егор Викторович Березовский
Ольга Владимировна Рухович (RU)
Ольга Владимировна Рухович
Михаил Олегович Смирнов (RU)
Михаил Олегович Смирнов
Виктор Гаврилович Сычев (RU)
Виктор Гаврилович Сычев
Станислав Александрович Шишов (RU)
Станислав Александрович Шишов
Original Assignee
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова filed Critical Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
Priority to RU2011111095/28A priority Critical patent/RU2455660C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2455660C1 publication Critical patent/RU2455660C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: agricultures are determined on the basis of field relief scanning, using systems for parallel driving of agricultural aggregates using position navigation systems GPS or GLONASS. Following the results of field relief, an electronic map of field relief is made, where agricultural contours are identified, using which soil is sampled in the field using portable navigation devices for agrochemical analysis and introduction of differentiated doses of fertilisers calculated on the basis of soil samples analysis and topographic criteria of agricultural contours.
EFFECT: expansion of functional capabilities.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Выявление внутрипольных контуров почвенного плодородия (агроконтуров) требуется для прогрессивной технологии применения удобрений, а именно для их дифференцированного внесения с учетом агрохимических свойств почвы и потребности растений в элементах питания.The invention relates to the field of agriculture. The identification of the in-floor contours of soil fertility (agricultural contours) is required for the advanced technology of fertilizer application, namely for their differentiated application, taking into account the agrochemical properties of the soil and the need of plants for nutrients.

Дифференцированное применение удобрений относится к наиболее продвинутым методам оптимизации минерального питания растений в технологиях точного земледелия. В годы экстенсивного земледелия, когда почвы были в целом мало обеспечены элементами минерального питания растений, а уровень применения удобрений - незначительным, дифференцированное их внесение не было столь актуальным. Интенсификация применения минеральных удобрений во второй половине минувшего столетия привела к общему повышению плодородия почв во многих странах, включая Россию, а стремление за счет традиционных технологий реализовать потенциальные возможности современных сортов сельскохозяйственных культур, когда какое-либо удобрение вносят средней для всего поля дозой, вошла в противоречие с экологическими и экономическими требованиями современного земледелия. При возросшем уровне применения удобрений и общего повышения плодородия почв равномерное внесение удобрений по традиционным технологиям из-за известной его внутрипольной вариабельности приводит к переудобренности почвы и посевов на участках повышенного плодородия и недостаточной - на участках с пониженным плодородием. В итоге избыточно внесенные, не используемые растениями удобрения, особенно азотные, вызывают загрязнение среды, в том числе грунтовых вод, вследствие фильтрации их по почвенному профилю, а также сельскохозяйственную продукцию, в частности нитратами. Недостаточная обеспеченность растений питательными веществами на участках поля пониженного плодородия вызывает недобор урожая и ухудшение его качества. Еще основоположник отечественной агрохимии Д.Н.Прянишников (Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. Т.1. - М.: Колос, 1965. - С.72) указывал на целесообразность внесения удобрений с учетом внутрипольной неоднородности плодородия почвы, которая впоследствии была неоднократно подтверждена зарубежными и отечественными авторами (The precision-farming guide for agriculturists. - U.S.A., Moline: Yon Deere publishing, 1997. - 119 р.; Соколов А.В. Агрохимическое картографирование почв. - М.: Наука, 1962. - 154 с.; Якушев В.П. На пути к точному земледелию. - СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2002. - 458 с.; Личман Г.И., Марченко Н.М., Марченко А.Н. Система точного земледелия в современных агротехнологиях: Сборник докладов Х международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве». ч.2. - М.: Изд-во ВИМ, 2008. - С.557-566). Агрономическая целесообразность, экологические требования и постоянно растущая стоимость агрохимических средств, с одной стороны, и совершенствование технического уровня агропромышленного комплекса в развитых странах, с другой, в конце XX века создали условия для разработки комплекса новых агротехнологий, получивших за рубежом название «Precision agriculture», а в России - «точное земледелие».The differentiated use of fertilizers is one of the most advanced methods for optimizing the mineral nutrition of plants in precision farming technologies. During the years of extensive agriculture, when the soils were generally poorly supplied with elements of plant mineral nutrition, and the level of fertilizer use was insignificant, their differentiated application was not so relevant. The intensification of the use of mineral fertilizers in the second half of the last century led to a general increase in soil fertility in many countries, including Russia, and the desire, due to traditional technologies, to realize the potential of modern varieties of agricultural crops when a fertilizer is applied with an average dose for the entire field, was included in a contradiction with the environmental and economic requirements of modern agriculture. With an increased level of fertilizer application and an overall increase in soil fertility, uniform application of fertilizers by traditional technologies due to its known intra-field variability leads to overfertilization of the soil and crops in areas of increased fertility and inadequate - in areas with reduced fertility. As a result, excessively applied fertilizers not used by plants, especially nitrogen fertilizers, cause pollution of the environment, including groundwater, due to their filtration along the soil profile, as well as agricultural products, in particular nitrates. Insufficient supply of plants with nutrients in parts of the field of reduced fertility causes a shortage of yield and deterioration of its quality. The founder of domestic agricultural chemistry D.N. Pryanishnikov (Pryanishnikov D.N. Selected Works. Vol. 1. - M .: Kolos, 1965. - P.72) pointed out the feasibility of fertilizing taking into account the intra-field heterogeneity of soil fertility, which subsequently was repeatedly confirmed by foreign and domestic authors (The precision-farming guide for farmerists. - USA, Moline: Yon Deere publishing, 1997. - 119 p.; Sokolov A.V. Agrochemical mapping of soils. - M .: Nauka, 1962. - 154 p.; Yakushev V.P. On the way to precision farming. - St. Petersburg: Publishing House of PNPI RAS, 2002. - 458 p .; Lichman G.I., Marchenko N.M. ., Marchenko AN The system of precision farming in modern agricultural technologies: Collection of reports of the X international scientific-practical conference “Automation and information support of production processes in agriculture.” Part 2. - M .: VIM Publishing House, 2008. - S.557-566). Agronomic feasibility, environmental requirements and the ever-increasing cost of agrochemicals, on the one hand, and the improvement of the technical level of the agro-industrial complex in developed countries, on the other hand, at the end of the 20th century created the conditions for the development of a set of new agricultural technologies that were called Precision agriculture abroad, and in Russia - “precision farming”.

Необходимым условием внедрения технологий точного земледелия является выделение на полях внутрипольных контуров плодородия почвы - агроконтуров. Для выявления агроконтуров могут применяться различные методы: по данным сеточного отбора почвенных проб, по дистанционным (авиакосмическим) снимкам (Афанасьев Р.А., Благов А.В., Мейер О.Н. Усовершенствованный способ агрохимического обследования почв // Патент России №2102748, 1998), по сканированию урожайности или электропроводности почвы (Личман Г.И., Марченко Н.М., Дринча В.М. Основные принципы и перспективы применения точного земледелия. - М.: Россельхозакадемия, 2004. - 81 с.), по топографическим признакам (Franzen D.W. and Narina T. Management zone delineation methods. Proceeding of the 6th International Conference on Precision Agriculture, P.Robert ed., July 14-17, 2002, Minneapolis, MN. ASA-CSSA-SSSA, Madison, WI - 2002, - P. - 363-377). Недостатками этих способов являются трудности получения такой информации. Для сеточного отбора почвенных проб, наиболее часто рекомендуемого за рубежом, требуется разделение площади поля на участки (квадраты) площадью от 0,5 до 1,5 га в зависимости от сложности его рельефа, что требует значительных затрат как на отбор проб, так и на их агрохимический анализ. Дистанционный мониторинг сельскохозяйственных угодий с использованием авиации в настоящее время практически нигде не применяется из-за высокой его стоимости. Относительно дешевые космические снимки низкого разрешения малопригодны для дешифрирования по наземным агрохимическим показателям (ключам) вследствие недостаточной их разрешающей способности, а космо-снимки высокого разрешения также стоят очень дорого и в сельском хозяйстве по этой причине применяются, особенно в нашей стране, в ограниченных масштабах. Для сканирования электропроводности почвы соответствующие технические устройства имеются только за рубежом и стоят очень дорого, что естественным образом в перспективе налагает ограничения на массовое применение такого способа в нашей стране. Кроме того, выявленные указанными способами контуры не устойчивы во времени, так как ни урожайность, ни электропроводность, ни другие показатели не являются стабильными, что требует периодического, не реже чем раз в 3 года, обновления полученных ранее данных (Solohub M.P., Van Kessel С., Pennock D.J. The Feasibility of Variable Rate N Fertilization in Saskatchewan: Proceedings of the 3rd International Conference «Precision Agriculture». - Minneapolis, 1996. - P.65-73). Для выделения устойчивых во времени, в течение многих десятилетий, агроконтуров можно использовать результаты топографической съемки местности, выполняемые традиционным способом, т.е. геодезическим нивелированием. Однако этот способ, применяемый обычно в мелиоративных проектах (Чижмаков А.Ф., Чижмакова A.M. Геодезия. - М.: «Недра», 1977. - 342 с.), требует больших затрат рабочего времени и по этой причине редко используется для решения других задач сельскохозяйственного профиля. Задачей изобретения является разработка малозатратного способа ускоренного выявления внутрипольных контуров почвенного плодородия. В связи со сложностью получения необходимой информации для выделения агроконтуров на сельскохозяйственных полях предлагается новый способ, основанный на ускоренном их выделении по топографическим признакам и не имеющий перечисленных выше недостатков и ограничений на его реализацию в сельскохозяйственной практике.A prerequisite for the introduction of precision farming technologies is the allocation of in-field contours of soil fertility - agricultural outlines. Various methods can be used to identify agricultural contours: according to grid sampling of soil samples, from remote (aerospace) images (Afanasyev R.A., Blagov A.V., Meyer O.N. An improved method for agrochemical soil inspection // Patent of Russia No. 2102748 , 1998), on scanning the yield or electrical conductivity of the soil (Lichman G.I., Marchenko N.M., Drincha V.M. Basic principles and prospects for the use of precision farming. - M.: Russian Agricultural Academy, 2004. - 81 pp.) by topographic features (Franzen DW and Narina T. Management zone delineation methods. Proceeding of the 6 th International Conference on Precision Agriculture, P. Robert ed., July 14-17, 2002, Minneapolis, MN. ASA-CSSA-SSSA, Madison, WI - 2002, - P. - 363-377). The disadvantages of these methods are the difficulties of obtaining such information. For grid sampling of soil samples, most often recommended abroad, it is necessary to divide the field area into plots (squares) of 0.5 to 1.5 ha, depending on the complexity of its relief, which requires significant costs for both sampling and their agrochemical analysis. Remote monitoring of agricultural land using aviation is currently almost never used due to its high cost. Relatively cheap low-resolution satellite images are of little use for decryption by ground-based agrochemical indicators (keys) due to their insufficient resolution, and high-resolution space images are also very expensive and are used in agriculture, especially in our country, on a limited scale. To scan the electrical conductivity of the soil, the corresponding technical devices are available only abroad and are very expensive, which naturally imposes restrictions on the mass application of this method in our country in the future. In addition, the circuits identified by these methods are not stable over time, since neither productivity, nor electrical conductivity, nor other indicators are stable, which requires periodic, at least every 3 years updating of previously obtained data (Solohub MP, Van Kessel C ., Pennock DJ The Feasibility of Variable Rate N Fertilization in Saskatchewan: Proceedings of the 3rd rd International Conference “Precision Agriculture.” - Minneapolis, 1996. - P.65-73). To highlight time-stable, for many decades, agricultural contours, you can use the results of topographic surveys of the area, performed in the traditional way, i.e. geodetic leveling. However, this method, usually used in reclamation projects (Chizhmakov AF, Chizhmakova AM Geodesy. - M .: Nedra, 1977. - 342 p.), Requires a lot of time and is therefore rarely used to solve others agricultural tasks. The objective of the invention is to develop a low-cost method of accelerated detection of in-field contours of soil fertility. Due to the difficulty of obtaining the necessary information for the allocation of agricultural outlines on agricultural fields, a new method is proposed, based on their accelerated allocation according to topographic characteristics and not having the disadvantages and limitations listed above for its implementation in agricultural practice.

Обоснование способа ускоренного топографического выделения агроконтуров на сельскохозяйственных поляхThe rationale for the method of accelerated topographic allocation of agricultural outlines on agricultural fields

Предлагаемый способ выявления внутрипольных агроконтуров основывается на их зависимости от мезо- и микрорельефа сельскохозяйственных полей. Исследования показали (Каштанов А.Н., Явтушенко В.Е. Агроэкология почв склонов. - М.: Колос, 1997. - 240 с.), что геохимические процессы в корнеобитаемом слое почв, связанные с боковым внутрипочвенным и поверхностным стоком воды, могут приводить к перемещению в почве многих химических веществ, в том числе необходимых для питания растений. В частности, нами установлена зависимость содержания в пахотном слое дерново-подзолистой почвы содержания нитратного и аммонийного азота от положения обследуемых контуров на рельефе агрополигона. Эта зависимость показана двумя столбцами на фиг.1, где по оси абсцисс обозначены порядковые номера шести характерных делянок агрополигона, а по оси ординат - содержание нитратного и аммонийного азота (мг/кг) в почве пахотного горизонта этих делянок. Левый ряд столбцов показывает содержание нитратного азота, правый ряд - аммонийного. Делянки под номерами 1-3 относятся к повышенным элементам рельефа агрополигона, под номерами 4-6 - к пониженным. Анализ данных, представленных в графическом виде, показывает, что в почве повышенных элементов рельефа превалирует содержание нитратного азота, в почве пониженных элементов - аммонийный азот. Выделенные по рельефу агроконтуры относятся к наиболее устойчивым во времени, поскольку мезо- и микрорельеф полей в условиях адаптивно-ландшафтного земледелия со временем может существенно изменяться только в результате длительных денудационно - аккумулятивных почвенных процессов (Solohub М.Р., Van Kessel С., Pennock D.J. The Feasibility of Variable Rate N Fertilization in Saskatchewan: Proceedings of the 3rd International Conference «Precision Agriculture». - Minneapolis, 1996. - P.65-73). Другим основанием предлагаемого способа является возможность определения местоположения и высот элементов рельефа с помощью приборов параллельного вождения сельскохозяйственных агрегатов (ППВ), принимающих сигналы современных навигационных спутниковых систем, в частности GPS или ГЛОНАСС. Нами предлагается использовать эти приборы, обычно применяемые в сельскохозяйственных агрегатах в качестве следоуказателей, для сканирования рельефа сельскохозяйственных полей для ускоренного топографического выявления агроконтуров. Комплекс аппаратуры, включающий прибор параллельного вождения сельскохозяйственных агрегатов (ППВ) и базовую станцию, уточняющую географические координаты ППВ и его высоту над уровнем моря, позволяет, при соответствующей обработке полученных данных по специальным компьютерным программам, создавать электронные карты полей и выделять на них агроконтуры, представляющие собой участки поля, различающиеся по положению на рельефе поля, а именно по показателям превышения над нижней (нулевой) точкой этого поля и экспозиции склонов, и предназначенные для отбора почвенных проб для агрохимического анализа и последующего по ним дифференцированного внесения удобрений.The proposed method for identifying intra-floor agricultural contours is based on their dependence on the meso- and microrelief of agricultural fields. Studies have shown (Kashtanov AN, Yavtushenko V.E. Agroecology of slope soils. - M .: Kolos, 1997. - 240 p.) That geochemical processes in the root-inhabited soil layer associated with lateral subsoil and surface runoff of water can lead to the movement of many chemicals in the soil, including those necessary for plant nutrition. In particular, we have established the dependence of the content of nitrate and ammonium nitrogen in the plow layer of the sod-podzolic soil on the position of the contours under study on the relief of the agricultural land. This dependence is shown by two columns in Fig. 1, where the abscissa indicates the serial numbers of six characteristic plots of the agro-polygon, and the ordinate shows the nitrate and ammonium nitrogen content (mg / kg) in the soil of the arable horizon of these plots. The left row of columns shows the content of nitrate nitrogen, the right row - of ammonium. The plots numbered 1-3 refer to the elevated relief elements of the agro-polygon, numbered 4-6 to the lowered ones. An analysis of the data presented in graphical form shows that the content of nitrate nitrogen prevails in the soil of elevated relief elements, and ammonium nitrogen prevails in the soil of lowered elements. The agro-contours distinguished by the relief are among the most stable over time, since the meso- and microrelief of fields under adaptive landscape farming can change significantly over time only as a result of long denudation-accumulative soil processes (Solohub M.R., Van Kessel S., Pennock DJ The Feasibility of Variable Rate N Fertilization in Saskatchewan: Proceedings of the 3 rd International Conference “Precision Agriculture.” - Minneapolis, 1996. - P.65-73). Another basis of the proposed method is the ability to determine the location and heights of relief elements using devices for parallel driving of agricultural units (PPV), receiving signals from modern navigation satellite systems, in particular GPS or GLONASS. We propose to use these devices, usually used in agricultural units as tracers, for scanning the relief of agricultural fields for accelerated topographic identification of agricultural contours. The complex of equipment, including the device for parallel driving of agricultural aggregates (PPV) and the base station, which determines the geographical coordinates of the PPV and its height above sea level, allows, with appropriate processing of the data obtained by special computer programs, to create electronic field maps and select agricultural circuits representing them areas of the field that differ in position on the topography of the field, namely, in terms of excess over the lower (zero) point of this field and the exposure of the slopes, and chennye for selection of soil samples for agrochemical analysis and follow them differential fertilizer.

Наряду с применением в технологиях дифференцированного применения удобрений, способ ускоренного топографического выявления внутрипольных контуров может использоваться также для традиционного агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий, что позволит существенно снизить затраты на трудоемкие операции по сеточному отбору и агрохимическому анализу почвенных проб, поскольку такие контуры могут многократно использоваться в качестве постоянных элементарных участков для сплошного или локального мониторингов почвенного плодородия, наиболее точно отражающих его внутрипольную пестроту.Along with the use of differentiated fertilizers in technologies, the method of accelerated topographic detection of in-field contours can also be used for traditional agrochemical inspection of agricultural land, which will significantly reduce the cost of labor-intensive operations for grid sampling and agrochemical analysis of soil samples, since such contours can be repeatedly used as permanent elementary plots for continuous or local monitoring of soil lodorodiya most accurately reflect its underfloor diversity.

Требуемые машины и оборудование:Required machinery and equipment:

- Прибор параллельного вождения сельскохозяйственной техники (ППВ), определяющий по данным навигационных сигналов GPS или ГЛОНАСС географическое местоположение и превышение приемной антенны движущегося агрегата над уровнем моря, типа Mojo 3D, mojoRTK console, Trimble EZ-Guide 750;- A device for parallel driving of agricultural equipment (PPV), which determines the geographical location and elevation of the receiving antenna of a moving unit above sea level, such as Mojo 3D, mojoRTK console, Trimble EZ-Guide 750, using GPS or GLONASS navigation signals;

- Базовая станция типа Leica Mojo RTK, Leica iRTK, Trimble RTK с радиомодемом;- Base station type Leica Mojo RTK, Leica iRTK, Trimble RTK with a radio modem;

- Комплект кабелей питания и передачи информации;- A set of power and information cables;

- Автомобиль с высокой проходимостью типа Нива Ваз-21213, Ваз-21214, УА3-469, УА3-69 или колесный трактор;- A car with a high cross type Niva Vaz-21213, Vaz-21214, UA3-469, UA3-69 or a wheeled tractor;

Ноутбук или стационарный компьютер с программами типа «Карта-2011», «Surfer» (версии 7-9) или аналогов.A laptop or desktop computer with programs such as "Card-2011", "Surfer" (versions 7-9) or analogues.

Способ осуществляется следующим образом. На поле, предназначенном для дифференцированного применения удобрений, после его осмотра выбирают направление, по которому будет производиться сканирование рельефа с помощью приборов параллельного вождения (ППВ). Направление рекомендуется выбирать вдоль вспашки и остальных обработок, производимых на поле. Как правило, это направление совпадает с самой длинной стороной поля. В этом случае будет уходить меньше времени на развороты автомобиля или трактора. Кроме того, выбирается пункт для установки переносной базовой станции. При выборе места для установки базовой станции следует руководствоваться следующими условиями:The method is as follows. On the field intended for the differentiated use of fertilizers, after inspecting it, choose the direction in which the relief will be scanned using parallel driving devices (PPV). It is recommended to choose the direction along the plowing and other treatments carried out on the field. As a rule, this direction coincides with the longest side of the field. In this case, less time will be spent on turning the car or tractor. In addition, an item for installing a portable base station is selected. When choosing a location for installing a base station, the following conditions should be followed:

- Базовая станция, передающая информацию по радиоканалу, должна быть в прямой видимости с работающей ППВ и на расстоянии не более 5 км от нее;- A base station transmitting information over a radio channel should be in direct line of sight with a working PPV and at a distance of no more than 5 km from it;

- Базовая станция, передающая информацию по GPRS (пакетная радиосвязь общего пользования), должна находиться на расстоянии не более 10 км от места работы ППВ (прямая видимость при этом не обязательна);- The base station transmitting information via GPRS (packet radio communication for general use) should be located at a distance of no more than 10 km from the workplace of the PPV (direct visibility is not required);

- Как правило, базовые станции устанавливаются на наиболее возвышенных участках местности в отдалении от домов и деревьев, закрывающих часть спутников, которые используются станцией для определения своего местоположения.- As a rule, base stations are installed on the most elevated areas of the area, away from houses and trees, covering part of the satellites that are used by the station to determine its location.

ППВ устанавливают на автомобиль высокой проходимости или колесный трактор и перемещают по полю со скоростью 10-30 км/час. Во время передвижения автомобиля или трактора ППВ указывает оператору направление движения, чтобы осуществлять параллельные проходы техники через равные расстояния. Указание производится светодиодами или изображением на дисплее. В процессе движения (без остановок) прибором автоматически фиксируются уточненные трехмерные координаты опорных точек (долгота, широта, превышение), поступающие от спутниковой навигационной системы через базовую станцию. Расстояния между проходами задаются в ППВ перед началом работы и должны соответствовать ширине захвата используемой в хозяйстве туковысевающей техники для дифференцированного внесения удобрений. Как правило, ширина захвата современной туковысевающей техники может заранее регулироваться и составлять от 10 до 30 м. Интервалы между опорными точками также целесообразно устанавливать равными ширине захвата туковысевающей техники. Развороты сканирующего агрегата производятся за пределами сканируемой площади.PPV is installed on a cross-country vehicle or a wheeled tractor and moved across the field at a speed of 10-30 km / h. During the movement of the car or tractor, the PPV indicates the direction of movement to the operator in order to make parallel passes of the equipment through equal distances. Indication is made by LEDs or on the display. In the process of movement (without stops), the device automatically fixes the updated three-dimensional coordinates of reference points (longitude, latitude, elevation) coming from the satellite navigation system through the base station. The distances between the aisles are set in the PPV before starting work and must correspond to the working width of the fertilizing equipment used in the farm for differentiated fertilizer application. As a rule, the grip width of modern fertilizer technology can be pre-adjusted and range from 10 to 30 m. The intervals between the reference points should also be set equal to the grip width of the fertilizer technology. U-turns of the scanning unit are performed outside the scanned area.

Рабочее время, необходимое для сканирования рельефа поля, зависит от площади поля, скорости перемещения ППВ, расстояния между смежными проходами автомобиля или трактора. Например, при площади поля 50 га, расстоянии между смежными проходами транспортного средства 20 м длина его пути (без разворотов) составит 2500 м. При скорости перемещения ППВ по полю 25 км/час непосредственный рабочий процесс сканирования рельефа поля займет всего лишь 6 минут, не считая времени на развороты, установку базовой станции и другие вспомогательные операции, обычно занимающие не более 1 часа. Работа выполняется двумя людьми: водителем транспортного средства и оператором ППВ.The working time required to scan the topography of the field depends on the area of the field, the speed of the PPV, the distance between adjacent passages of the car or tractor. For example, with a field area of 50 hectares, a distance between adjacent passages of a vehicle of 20 m, its path length (without turns) will be 2500 m. At a speed of moving PPV across the field of 25 km / h, the direct working process of scanning the terrain will take only 6 minutes, not counting time for turns, installation of a base station and other auxiliary operations, usually taking no more than 1 hour. The work is performed by two people: the driver of the vehicle and the operator PPV.

Полученные полевые данные обрабатываются позже на стационарном компьютере или ноутбуке (камеральная обработка). Сначала информация о точках, координаты, которых были определены, переписывается на карту флеш-памяти через USB-порт. Такие порты имеются в упомянутых ППВ: Mojo 3D, mojoRTK console, Trimble EZ-Guide 750. Информация о точках, как правило, записывается в виде базы данных (табл.1).The received field data is processed later on a stationary computer or laptop (cameral processing). First, information about the points, the coordinates of which were determined, is copied to a flash memory card via a USB port. Such ports are available in the aforementioned PPV: Mojo 3D, mojoRTK console, Trimble EZ-Guide 750. Information about points is usually recorded in the form of a database (Table 1).

Figure 00000001
Figure 00000001

По такой таблице в программах типа Карта-2011 или Surfer строится двумерная модель рельефа (матрица высот), позволяющая выделить агроконтуры, по которым в дальнейшем с помощью портативных навигационных приборов в натуре определяются места отбора почвенных проб для их агрохимического анализа по известной методике (Методика отбора почвенных проб по элементарным участкам поля в целях дифференцированного применения удобрений. М.: ВНИИА, 2007. - 36 с.) и внесения дифференцированных доз удобрений, рассчитанных по результатам анализа этих проб. Границы выделенных контуров отделяют участки со своими специфическими водно-воздушным, денудационно-аккумулятивным и биологическим почвенными режимами, связанные с мезо- и микрорельефом полей. Using such a table, in programs like Map 2011 or Surfer, a two-dimensional elevation model (elevation matrix) is built that allows you to select agricultural contours, according to which, using portable navigation devices in nature, the locations of soil sampling for their agrochemical analysis are then determined using a known method (Sampling Methodology) soil samples for elementary sections of the field for the differential application of fertilizers. M .: VNIIA, 2007. - 36 pp.) and the introduction of differentiated doses of fertilizers calculated according to the results of the analysis of these samples. The boundaries of the selected contours separate areas with their specific water-air, denudation-accumulative and biological soil regimes associated with the meso- and microrelief of the fields.

Предлагаемый способ в десятки раз сокращает время на выполнение полевых работ по сравнению с другими наземными способами геодезической съемки: нивелирной, мензульной, тахеометрической и других видов, для которых необходима разбивка поля на полигоны определенной конфигурации, пикетирование характерных точек, перемещение геодезических реек по пикетам, визирование, запись данных в полевой журнал, кропотливые расчеты высот, на что при площади поля около 50 га уйдет не менее 4-5 рабочих дней для группы из 4 человек.The proposed method reduces the time to perform field work by tens of times compared with other ground-based methods of geodetic surveying: leveling, measuring, tacheometric and other types, which require breaking the field into polygons of a certain configuration, picketing characteristic points, moving geodetic rails along pickets, sighting , writing data to the field log, painstaking calculations of heights, which will take at least 4-5 working days for a group of 4 people with a field area of about 50 hectares.

Достоинствами предложенного способа являются:The advantages of the proposed method are:

- сравнительная быстрота выявления внутрипольных агроконтуров по результатам сканирования рельефа полей;- the comparative speed of identifying intra-field agro-contours according to the results of scanning the relief of fields;

- допустимая точность результатов сканирования;- permissible accuracy of the scan results;

- стабильность выделенных агроконтуров и возможность многократного использования информации об их месторасположении на полях;- the stability of the selected agricultural contours and the possibility of reusing information about their location in the fields;

- применение оборудования, доступного на отечественном рынке и применяемого в РФ многими сельхозтоваропроизводителями;- the use of equipment available on the domestic market and used in the Russian Federation by many agricultural producers;

- применение компьютерных программ, доступных на отечественном рынке.- The use of computer programs available in the domestic market.

Пример примененияApplication example

Проверка предлагаемого способа ускоренного выделения внутрипольных контуров почвенного плодородия на сельскохозяйственных полях с использованием ППВ марки Trimble EZ-Guide 750, установленного на автомобиле УАЗ-69, навигационной спутниковой системы GPS и базовой станции Trimble RTK, проведена на одном из полей севооборота площадью 18 га Центральной опытной станции ВНИИ агрохимии им. Д.Н.Прянишникова (ЦОС ВНИИА). Сканирование рельефа этого агрополигона в течение 1 часа с помощью ППВ, имеющего допустимую для преследуемой цели стабильность показателей по географическим координатам (широте и долготе) и превышению над уровнем моря (в пределах 25 см), позволило путем камеральной обработки полученных спутниковых сигналов, скорректированных по точности наземной базовой станцией, с использованием компьютерной программы типа «Surfer» создать электронную модель (карту) рельефа агрополигона с выделением на ней контуров почвенного плодородия. На фиг.2 показана электронная карта, созданная компьютерной программой по результатам ППВ-съемки, на фиг.3 представлены агроконтуры: 1-2 - водоразделы, 3 - верхняя треть склонов, 4, 6 и 7 - средняя треть склонов, 5 - ложбина.Verification of the proposed method for accelerated isolation of internal soil fertility contours on agricultural fields using the Trimble EZ-Guide 750 PPV installed on an UAZ-69 car, GPS navigation satellite system and Trimble RTK base station was carried out on one of the 18 hectare crop rotation fields of the Central Experimental station VNII agrochemistry them. D.N. Pryanishnikova (TsOS VNIIA). Scanning the topography of this agro-polygon for 1 hour with the use of an SPP, which has acceptable stability for the geographic coordinates (latitude and longitude) and elevations above sea level (within 25 cm), allowed through the processing of received satellite signals corrected for accuracy using a computer program such as "Surfer" to create an electronic model (map) of the relief of an agro-polygon with the allocation of soil fertility contours on it using a ground-based base station. Figure 2 shows the electronic map created by the computer program according to the results of the PPV survey, figure 3 shows the agricultural contours: 1-2 - watersheds, 3 - the upper third of the slopes, 4, 6 and 7 - the middle third of the slopes, 5 - the hollow.

Для проверки точности предлагаемого способа предварительно на данном агрополигоне было проведена техническая нивелирная съемка традиционным способом (Голубева З.С., Калошина О.В., Соколова Н.И. Практикум по геодезии. - М.: Колос, 1969. - 240 с.) по 450 пикетам, расположенным по углам квадратных полигонов 20×20 м, на что для 4 человек потребовалось 7 дней, включая разбивку поля на полигоны, установку пикетов и нивелирование. Статистическая обработка цифровых данных, полученных при традиционном (нивелирование) и ускоренном (ППВ-съемка) способах определения топографии агрополигона, показала, что коэффициент парной линейной корреляции между двумя массивами данных составил 0,99, что указывает на высокий уровень их идентичности. В таблице 2 представлены сравнительные данные по фрагменту поля с 40 пикетами, полученные двумя способами, при коэффициенте парной линейной корреляции между рядами данных 0,99 и средней разницей в определении превышений в 7 см.To verify the accuracy of the proposed method, a preliminary leveling survey was conducted in the traditional way (Golubeva Z.S., Kaloshina O.V., Sokolova N.I. Workshop on geodesy. - M .: Kolos, 1969. - 240 p. ) for 450 pickets located at the corners of square polygons of 20 × 20 m, which took 4 days for 4 people, including the breakdown of the field into polygons, installation of pickets and leveling. Statistical processing of digital data obtained using traditional (leveling) and accelerated (PPV) methods for determining the topography of an agricultural polygon showed that the coefficient of pairwise linear correlation between the two data sets was 0.99, which indicates a high level of identity. Table 2 presents comparative data on a field fragment with 40 pickets, obtained in two ways, with a coefficient of pairwise linear correlation between the data series 0.99 and the average difference in determining the excess of 7 cm.

Таблица 2table 2 Показатели превышений рельефа на 40 пикетах фрагмента поля по отношению к нижней точке рельефа, определенные GPS-съемкой и нивелированием, мThe elevation elevation indices at 40 pickets of the field fragment with respect to the lower elevation point, determined by GPS-shooting and leveling, m № п/пNo. p / p Способ съемки рельефа поляThe method of shooting the terrain РазницаDifference GPS-сканированиеGPS scan НивелированиеLeveling 1one 3.9723.972 4.0004,000 -0.028-0.028 22 4.4314.431 4.4204.420 0.0110.011 33 4.7074.707 4.7904.790 -0.083-0.083 4four 5.2405.240 5.2505.250 -0.010-0.010 55 5.4495.449 5.5605.560 -0.111-0.111 66 5.6465.646 5.7405.740 -0.094-0.094 77 5.8445.844 5.9405.940 -0.096-0.096 88 5.7785.778 5.9405.940 -0.162-0.162 99 5.8875.887 5.9905.990 -0.103-0.103 1010 5.5625.562 5.7305.730 -0.168-0.168 11eleven 5.0805.080 5.2705.270 -0.190-0.190 1212 4.5724.572 4.7004.700 -0.128-0.128 1313 3.6313.631 3.8003.800 -0.169-0.169 14fourteen 4.2204.220 4.3204.320 -0.100-0.100 15fifteen 5.1025.102 5.3105.310 -0.208-0.208 1616 5.4845.484 5.5405.540 -0.056-0.056 1717 5.2795.279 5.3905.390 -0.111-0.111 18eighteen 5.2285.228 5.2405.240 -0.012-0.012 1919 4.9194.919 4.9704.970 -0.051-0.051 20twenty 4.6644.664 4.7604.760 -0.096-0.096 2121 4.5054.505 4.6004.600 -0.095-0.095 2222 4.4064.406 4.3904.390 0.0160.016 2323 4.0704.070 3.9703.970 0.1000.100 2424 3.5733.573 3.6103.610 -0.037-0.037 2525 3.4663.466 3.4503.450 0.0160.016 2626 4.0404.040 3.8703.870 0.1700.170 2727 4.0074.007 4.0804.080 -0.073-0.073 2828 3.9603.960 4.1204.120 -0.160-0.160 2929th 3.9473.947 4.1604.160 -0.213-0.213 30thirty 4.5124.512 4.5204.520 -0.008-0.008 3131 4.8224.822 4.8704.870 -0.048-0.048 3232 5.1015.101 5.1105.110 -0.009-0.009 3333 4.8284.828 5.0305.030 -0.202-0.202 3434 4.3594.359 4.5604.560 -0.201-0.2018 3535 4.6944.694 4.9204.920 -0.226-0.226 3636 3.7413.741 3.5003.500 0.2410.241 3737 3.8423.842 3.9303.930 -0.088-0.088 3838 3.8563.856 3.8703.870 -0.014-0.014 3939 3.6213.621 3.5303.530 0.0910.091 4040 3.1503.150 3.1703.170 -0.020-0.020 В среднемAverage 4,5804,580 4,6484,648 -0,068-0.068

По графику (фиг.4), на котором по оси абсцисс показаны номера опорных точек агрополигона, по оси ординат - превышения над нижней точкой рельефа агрополигона в метрах, результаты GPS-съемки - прерывистой линией, а нивелирной съемки - сплошной линией, видно, что превышения точек на рельефе агрополигона, определенные этими двумя способами, также практически совпадают. Об этом же свидетельствует и сравнение двух карт, созданных по результатам съемки рельефа двумя указанными способами: фиг.2 - по данным GPS-съемки и фиг.5 - по данным нивелирной съемки. По плотности на черно-белых изображениях, представленных на этих картах, видно, что эти изображения в основном однотипны.According to the graph (Fig. 4), in which the abscissa axis shows the numbers of reference points of the agro-polygon, the ordinate axis shows the excess above the bottom point of the agro-polygon topography in meters, the GPS results are shown with a dashed line, and the leveling survey with a solid line, it can be seen that the excess points on the relief of the agro-polygon determined by these two methods also almost coincide. This is also evidenced by the comparison of two maps created by surveying the relief in the two indicated ways: FIG. 2 — according to GPS surveying and FIG. 5 — according to leveling data. From the density on the black-and-white images presented on these maps, it can be seen that these images are mostly of the same type.

Claims (1)

Способ ускоренного выделения устойчивых внутрипольных контуров почвенного плодородия на сельскохозяйственных полях (агроконтуров), отличающийся тем, что агроконтуры определяют сканированием рельефа поля с использованием приборов параллельного вождения (ППВ), установленных на автомобиле высокой проходимости или тракторе, при безостановочном движении автомобиля или трактора по полю параллельными проходами с заранее внесенными в электронную память ППВ расстояниями между смежными проходами и интервалами между опорными точками при наличии базовой станции, корректирующей сигналы навигационных спутниковых систем GPS или ГЛОНАСС, с фиксацией получаемых данных о географических координатах и превышениях опорных точек и перенесением этих данных посредством карты флеш-памяти в ноутбук или офисный компьютер с последующей обработкой их по специальному программному обеспечению (типа «Карта-2011», «Surfer» или аналогов) и представлению в виде электронной карты поля с выделением на ней агроконтуров с учетом превышений опорных точек над нижней точкой рельефа поля и экспозиции склонов. A method for accelerating the isolation of stable in-field contours of soil fertility on agricultural fields (agricultural circuits), characterized in that the agricultural circuits are determined by scanning the topography of the field using parallel driving devices (PPV) mounted on a cross-country vehicle or tractor, with non-stop movement of the car or tractor across the field parallel passages with the distances between adjacent passages and intervals between reference points preliminarily entered into the electronic memory of PPV at the presence of a base station that corrects the signals of GPS or GLONASS navigation satellite systems, fixing the received data on geographic coordinates and elevations of reference points and transferring these data via a flash memory card to a laptop or office computer, followed by processing them using special software (such as “Map” -2011 ”,“ Surfer ”or analogues) and presentation of the field in the form of an electronic map with the allocation of agricultural contours on it, taking into account the excess of reference points over the lower point of the field topography and the exposure of the slope s.
RU2011111095/28A 2011-03-24 2011-03-24 Method of accelerated identification of stable internal field contours of soil fertility in agricultural fields RU2455660C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011111095/28A RU2455660C1 (en) 2011-03-24 2011-03-24 Method of accelerated identification of stable internal field contours of soil fertility in agricultural fields

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011111095/28A RU2455660C1 (en) 2011-03-24 2011-03-24 Method of accelerated identification of stable internal field contours of soil fertility in agricultural fields

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2455660C1 true RU2455660C1 (en) 2012-07-10

Family

ID=46848700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011111095/28A RU2455660C1 (en) 2011-03-24 2011-03-24 Method of accelerated identification of stable internal field contours of soil fertility in agricultural fields

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2455660C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701745C1 (en) * 2019-01-31 2019-10-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" Method for automated sampling and analysis of soil samples and device for its implementation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4342171A1 (en) * 1993-07-17 1994-05-19 Georg Duerrstein Agricultural land treatment using controlled fertiliser and manure spreading - using satellite global positioning system to determine instantaneous position of tractor for storage in and delivery from control computer
RU2327987C2 (en) * 2006-01-10 2008-06-27 Институт почвоведения и агрохимии СО РАН (ИПА СО РАН) Diagnosis method for soil covering according to remote information
EP2098936A1 (en) * 2008-03-03 2009-09-09 CNH Italia S.p.A. Method and system for coordinated vehicle control with wireless communication
RU2412580C2 (en) * 2006-01-18 2011-02-27 КЛААС Зельбстфаренде Эрнтемашинен ГмбХ Method to develop setting lines of motion for working agricultural machines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4342171A1 (en) * 1993-07-17 1994-05-19 Georg Duerrstein Agricultural land treatment using controlled fertiliser and manure spreading - using satellite global positioning system to determine instantaneous position of tractor for storage in and delivery from control computer
RU2327987C2 (en) * 2006-01-10 2008-06-27 Институт почвоведения и агрохимии СО РАН (ИПА СО РАН) Diagnosis method for soil covering according to remote information
RU2412580C2 (en) * 2006-01-18 2011-02-27 КЛААС Зельбстфаренде Эрнтемашинен ГмбХ Method to develop setting lines of motion for working agricultural machines
EP2098936A1 (en) * 2008-03-03 2009-09-09 CNH Italia S.p.A. Method and system for coordinated vehicle control with wireless communication

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛИЧМАН Г.И., МАРЧЕНКО H.M., МАРЧЕНКО A.H. Система точного земледелия в современных агротехнологиях. Сборник докладов X международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве». 4.2. - М.: Изд-во ВИМ, 2008, с.557-566. *
ЯКУШЕВ В.П. На пути к точному земледелию. - СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2002. - 458 с. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701745C1 (en) * 2019-01-31 2019-10-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" Method for automated sampling and analysis of soil samples and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Janssen GDA2020, AUSGeoid2020 and ATRF: An introduction
RU2455660C1 (en) Method of accelerated identification of stable internal field contours of soil fertility in agricultural fields
Calina et al. Study on topographic survey of a forest area using combined technology GPS and total station
Falťan et al. Detailed mapping of geocomplexes in the vineyard landscape.
Abdi et al. Seasonal Variation of GPS Accuracy and Precision in Forest Road Mapping
Bueno et al. Demarcation of levees in irrigated rice fields: Laser technology vs. GNSS-RTK
Bandyopadhyay et al. Impact assessment of land resource inventory towards optimizing land use plan in Brahmaputra valley ecosystem, Assam, India
Freeland et al. INTEGRATION OF REAL–TIME GLOBAL POSITIONING WITH GROUND–PENETRATING RADAR SURVEYS
Aini et al. Auto guided oil palm planter by using multi-gnss
Farah et al. Accuracy assessment of digital elevation models using GPS
Akhmedov et al. Application of the automated control system for reference GNSS station network in the transport sector
Bulakevych et al. Use of geographic information technologies and global positioning systems for creating agrochemical passports for agricultural soils
Jhoty Applications of the global positioning system in the Mauritian sugar industry
Freeland et al. RTK Mobile Machine Control--Assessing Partial Sky Blockage with GIS
Petrescu et al. Topographic lifting of the road located in the extravilan location Bretea Romana, Hunedoara County.
Weltzien et al. GPS receiver accuracy test-dynamic and static for best comparison of results
Suhai et al. Road lifting from Bigar, Uat Berzeasca, Caras-Severin county.
El-Ashmawy Vertical Accuracy of Google Earth Data
Cannon et al. Development and results of a precision farming system using GPS and GIS technologies
Iwan et al. Robotic forest harvesting process using GNSS satellite positioning data
Petrescu et al. Topographic lifting of a sewerage network in Santamaria Orlea commune, Hunedoara county.
Pica et al. An open source software application for forests management maps.
Lee et al. Accuracy Evaluation of Real-time Kinematic Positioning Service Based on Digital Multimedia Broadcast Network for Highway Construction Site in Korea.
SIMON et al. TOPOGRAPHIC TECHNIQUES APPLIED TO THE OUTLINE OF EXPERIMENTAL FIELDS WITH FORAGE PLANTS INCLUDED IN FIELD ASSOCIATIONS.
Bârliba et al. Topographical survey work and stakeout of an agroindustrial building from Periam village, Timis county.

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20130205

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130325