fbpx

Геоинформация в сельском хозяйстве

Сельское хозяйство с энтузиазмом поглощает геопространственные технологии. Точные методы ведения сельского хозяйства (точное земледелие), в частности, дают преимущества аграриям благодаря определению местоположения объектов и анализа данных, полученных с привязкой к координатам GPS.

Помимо большей эффективности на поле, геопространственные технологии также предлагают новые возможности для бизнеса и новые концепции устойчивости. Но принятие отраслью геопространственных инноваций отстает от ожиданий. Так что действительно актуально, а что нет? В статье издания GIM International рассматривается современное состояние геопространственных технологий в сельском хозяйстве и сделаны попытки прогнозировать дальнейшие тенденции в этом направлении.

GNSS

Самой популярной технологией геоматики среди фермеров является глобальная навигационная спутниковая система (GNSS). Поскольку у многих аграриев уже есть вспомогательные средства управления (подруливающие устройства) и даже машины с полностью автоматизированным управлением, эффективность их полевых операций увеличилась на 10-15%. GNSS — очень универсальная технология; она также помогает фермерам отображать свои поля, геолокационные объекты и отслеживать машины или скот. Одним из приложений, которое использует GNSS в качестве инструмента для управления и отслеживания, является маршрутизация машин в полевых условиях. Первым шагом в этом является точное измерение границ полей, на которых планируется выращивать урожай. Данная информация используется для проектирования оптимальной компоновки полос движения, принимая во внимание ширину машин, углы поворота и геометрию поля. Это позволяет обнаруживать участки с неэффективным маневрированием техники и планировать более оптимальные пути. Следующим шагом будет расчет маршрутизации вдоль этих путей, чтобы оптимизировать объем навалочных грузов на полевых машинах. Например, оптимальный план маршрута внесения удобрений позволит свести к минимуму потери времени на повторную загрузку удобрений.

GNSS также является незаменимым инструментом при дифференцированном внесении удобрений: метод предоставления правильной дозы ввода в нужном месте. Здесь инновации в основном обусловлены использованием датчиков для параметров окружающей среды, включая почвенные условия, доступность влаги, мониторинг растительности и мониторинг урожая. Спутниковое дистанционное зондирование всегда было привлекательным способом мониторинга больших площадей сельскохозяйственных угодий, но только недавно сектор наблюдения Земли стал организован таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи оперативных данных в сельское хозяйство. Спутники European Sentinel, которые являются частью программы Copernicus, дают повод для нового оптимизма, поскольку непрерывный мониторинг и функциональность загрузки являются беспрецедентными, по крайней мере, в общественном доступе. Единственным недостатком является то, что сельскохозяйственные приложения в основном полагаются на оптические датчики на борту Sentinel-2, и для успешной визуализации сельскохозяйственных земель требуется ясное небо. Учитывая тот факт, что 90% сельскохозяйственных угодий во всем мире питаются дождем, обилие облаков в вегетационный период является препятствием. Тем не менее, обновление данных минимум раз в 6 дней на Sentinel-2 является значительным улучшением в сравнении с Landsat-8 (16 дней).

Беспилотные летательные аппараты

Для областей с слишком большим количеством облачного покрова беспилотные летательные аппараты (БПЛА или «дроны») являются отличным выходом. В некотором смысле, БПЛА наконец позволяют фермерам использовать почти 50 лет знаний и идей в области дистанционного зондирования. Кроме того, взрывное появления новых игроков на рынке и их разнообразие питают инновации на каждом звене в цепочке между захватом изображений и пользовательским приложением. Например, программные решения для фотограмметрии, мозаики изображений, калибровки отражения, вычисления индексов и связанных с ними функциональных возможностей ГИС появляются как грибы после дождя.

Технологии работы БПЛА постоянно улучшаются, а это означает, что в определенный момент времени данная технология станет незаменимой для всех. И хотя БПЛА в настоящее время в основном рассматриваются как платформы для датчиков, они также могут стать трактором следующего поколения, на котором будут установлены все виды инвентаря для ухода за урожаем. Эта возможность продемонстрирована в Японии, где например, беспилотные вертолеты выполняют обрезку сельскохозяйственных культур.

С точки зрения сельского хозяйства, чтобы оптимально использовать все эти технологии, фермер должен иметь интегрированную систему сбора, хранения, анализа и визуализации всех данных и инструментов. В этой области темпы продвижения очень высоки: производители машин, поставщики оборудования и поставщики сырья (например, удобрения, семена и т. д.) предлагают инструменты управления данными с геопространственным интерфейсом.

Возможности для бизнеса

Повышение точности сельского хозяйства и использование геопространственных технологий приносят все новые возможности для появления новых видов бизнеса в различных областях, включая сенсорные (предоставление данных и / или оборудования), управление техникой (и планирование маршрутов), офисные приложения на основе геопространственных данных для работы с почвенными картами, изображения дистанционного зондирования, мониторы производительности и оптимизация роста посевов / поддержка принятия решений, не говоря уже о целом спектре сервисов и поддержки всех этих новых технологий. В этом контексте нельзя игнорировать The Climate Corporation, которая сейчас является частью корпорации Bayer посредством недавних приобретений. Имея данные Climate Corp, Monsanto, а теперь еще и Bayer могут комбинировать информацию о почве, погоде и культуре, чтобы определить, какие семена и какие агенты лучше всего подходят для каждого региона на Земле. И поскольку они применяют это к огромному набору информации о клиентах, то появился совершенно новый способ ведения сельского хозяйства, называемого «сельское хозяйство по рецепту» или «сельское хозяйство принятия решений». Другие возможности включают учет рыночных цен и площадей сельскохозяйственных культур, позволяющие рассчитать, будет ли дополнительный запас удобрений или воды увеличивать доходность в достаточной степени, чтобы обеспечить окупаемость или нет. 

Еще одна сфера применения ГИС — логистика поставок продовольствия. Эта тенденция уже проявляется в садоводстве, где розничные торговцы (в частности, пищевые компании) создают более надежные цепи поставок.

Важнейший вопрос заключается в том, окупятся ли эти инвестиции и преимущества? Или аграрии вкладывают средства, а их поставщики и клиенты пожинают плоды? Несмотря на то, что для поставщиков машин, удобрений, семян, агрохимикатов и т. д., а также для клиентов в цепочке агропродовольственной деятельности, включая розничных торговцев и предприятия пищевой промышленности, легко сделать четкий бизнес-план, у самих фермеров есть трудности с бизнес-обоснованием для вложений в точное земледелие.  Есть только несколько исследований, посвященных данной проблеме, которые показывают явные преимущества для аграриев при применении технологий точного земледелия — не только в области эффективности использования ресурсов (снижения затрат), но и в повышении качества и увеличении урожайности. Однако, несмотря на эти положительные исследования, влияние на агробизнес является переменным. В частности, небольшие фермы могут неохотно инвестировать, когда срок окупаемости составляет от 10 до 15 лет и более. Технологическая структура очень широкая и сложная. Нелегко контролировать последствия выбора оборудования или операционного метода. Безусловно, плохая связь во многих сельских районах создает проблемы в получении и совместном использовании данных, необходимых для точного земледелия. Стремление «владеть» платформой данных, чтобы не упустить возможность выхода на следующий уровень фермерства, также приводит к отсутствию взаимодействия между предприятиями на всех уровнях. Еще одна важная проблема здесь — образование, как на академическом, так и на профессиональном уровне. Новые поколение аграриев только сейчас (наконец) начинает учиться и испытывать преимущества точного земледелия для себя. Следовательно, это еще одна возможность для новых предприятий: формирование партнерских отношений с другими сельхозпредприятиями может создать эффект масштаба, необходимый для получения преимуществ от точного земледелия. В сельском хозяйстве уже есть традиция этого, например, кооперативы мельниц или схемы обмена машинами.

Устойчивость

Несмотря на растущие требования общества к фермерским хозяйствам в обеспечении наилучшей возможной пищей устойчивым образом, медленное внедрение точного земледелия сдерживает улучшение устойчивости. Технологии прецизионного земледелия могут значительно снизить экологический след производства продуктов питания: на 10-15% меньше потребление энергии (топливо) и на 10-20% меньше ресурсов (например, средства защиты растений, удобрения и вода) для того же уровня производства, или же увеличение производительности на килограмм удобрения, литр топлива, литр воды либо человеко-час. Поэтому правительствам следовало бы стимулировать принятие точного земледелия, поскольку оно будет способствовать решению экологических проблем, а также смягчению вклада сельского хозяйства в выбросы парниковых газов. Это уже приводит к появлению новых правил. Европейская комиссия изучает возможности расширить свою концепцию «озеленения» в целях обеспечения точного земледелия. Это будет означать, что принятие этих новых технологий увеличит «лицензию на эксплуатацию»; другими словами, эта технология поможет фермерам лучше учитывать влияние своей деятельности на соседей, персонал, клиентов и общество в целом. Разумеется, геоинформация будет играть ключевую роль в достижении и мониторинге этой концепции озеленения.

Тенденции

Сельское хозяйство выиграет от революции в области информационно-коммуникационных технологий, имеющей место во всех отраслях: роботизация, сенсорное восприятие, более интеллектуальные системы поддержки принятия решений, аналитика данных и т. д. Для геопространственной отрасли роботизация полевых работ является особенно важной задачей. Это огромная операция по управлению роботами — на колесах или в воздухе — с использованием навигационных систем и датчиков, для хранения всех данных и их интеграции в соответствующие приложения. Но роботы в конечном итоге возьмут на себя примитивную, опасную, грязную и, возможно, даже трудную работу, которая изобилует в сельском хозяйстве.

Более того, изменения в обществе приведут к все большему сдвигу в сторону более целенаправленных цепочек поставок, требующих дальнейшей интеграции бизнес-процессов между фермером и его поставщиками с одной стороны, а также между фермером и его клиентами — с другой. Такая интеграция должна привести к повышению производительности цепи и более оптимальному производству продуктов питания.

В этой статье основное внимание уделяется применению геопространственных данных, инструментов и знаний о самих фермах. Очевидно, что геоинформация играет важную роль и в других областях производства продуктов питания, таких как глобальный мониторинг продовольственной безопасности, логистика, меры по сдерживанию заболеваний, способы администрирования и контроля субсидий и контрактов и т. д. В этом смысле сельское хозяйство ничем не отличается от других отраслей, за исключением того, что «заводы» находятся на открытом воздухе, а оборудование мобильно.