Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства
Наукове повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 березня 2012 року.
Saved in:
| Published in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36402 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства / В.О. Романов // Вісн. НАН України. — 2012. — № 4. — С. 18-22. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859737098382213120 |
|---|---|
| author | Романов, В.О. |
| author_facet | Романов, В.О. |
| citation_txt | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства / В.О. Романов // Вісн. НАН України. — 2012. — № 4. — С. 18-22. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| description | Наукове повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 березня 2012 року.
|
| first_indexed | 2025-12-01T15:06:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
18 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
В.О. РОМАНОВ
КОМП’ЮТЕРНІ ПРИЛАДИ
ТА ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ
ДЛЯ ПРЕЦИЗІЙНОГО ЗЕМЛЕРОБСТВА
Наукове повідомлення на засіданні Президії НАН України
28 березня 2012 року
У світі майже 2 млрд людей страждають
від нестачі продовольства, а ціни на нього
кожні 10 років подвоюються. Це пояснюєть-
ся, по-перше, постійним зростанням кіль-
кості населення і, по-друге, відведенням
сільськогосподарських угідь під технічні та
біоенергетичні культури. Тому виробництво
продовольства нині стало однією з найпри-
бутковіших сфер діяльності, а це, у свою
чергу, спонукало розвинені країни з кінця
минулого сторіччя переводити аграрну га-
лузь на фабричні технології, за якими всі
технологічні процеси у сільськогосподар-
ському виробництві нормуються і оптимізу-
ються так само, як при виробництві техніч-
них засобів на заводах чи фабриках.
Однак глобальні та швидкі зміни клімату
перешкоджають впровадженню стандартних
технологій у сільське господарство, які, як
правило, не враховують цих кліматичних змін
і тому потребують відповідної додаткової ко-
рекції технологічних процесів. Саме тому й
було розроблено нову технологію виробни-
цтва сільськогосподарських продуктів, при-
стосовану до швидких кліматичних змін, яка
дістала назву «прецизійне землеробство».
Прецизійне землеробство (Precision Agri-
culture) основане на керуванні продуктив-
ністю сільськогосподарських культур з ура-
хуванням змін параметрів зовнішнього се-
редовища як природного, так і техногенного
походження. За цією технологією сільсько-
господарські площі оцифровують і здійсню-
ють постійне дистанційне спостереження за
посівами, яке супроводжують систематич-
ними наземними вимірюваннями стану рос-
лин для відпрацювання відповідних управ-
лінських рішень.
Метою прецизійного землеробства є одер-
жання максимальних врожаїв за оптималь-
них витрат добрив, пестицидів, біологічно
активних добавок, водних та енергетичних
ресурсів.
Для того щоб швидко і своєчасно вносити
поправки в технологію вирощування сіль-
ськогосподарських культур, потрібно у ре-
альному часі визначати стан рослин в умо-
вах дії тих чи інших стресових факторів.
Основним процесом, що відбувається в
рослинах, є фотосинтез. Однак безпосеред-
ньо спостерігати за ним, не руйнуючи росли-
ну, неможливо. Тому доцільно контролювати
фотосинтез за конкурентними процесами,
що його супроводжують, найінформативні-
шим з яких є індукція флуоресценції хлоро-
філу (ІФХ).
Ефект ІФХ полягає в тому, що під час збу-
дження пігменту хлорофілу синім світлом
він починає випромінювати світло у черво-
ній ділянці спектра. Окремі відрізки кривої
ІФХ характеризують відповідні фази фото-
синтетичного процесу, а за формою такої
19ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
кривої можна, як за кардіограмою, за кілька
хвилин визначити стан рослини.
Відомо, що фотосинтез є складним і бага-
токроковим процесом. Він складається з
двох стадій — світлової й темнової. Резуль-
татом світлової стадії є поява коферменту
НАДФ, розклад води, виділення кисню та
синтез нуклеотиду АТФ. Головним проце-
сом темнової фази є цикл Кальвіна, в ре-
зультаті якого відбувається фіксація діокси-
ду вуглецю, який у свою чергу перетворю-
ється на цукрозу та крохмаль.
З огляду на те, що інформатика має спра-
ву з моделями, а не з об’єктами, нами було
вивчено і проаналізовано деякі існуючі ма-
тематичні моделі фотосинтезу, а також спе-
ціально побудовано модель ІФХ. На жаль,
чим складніший і менш вивчений об’єкт,
тим більше різних моделей можна створити
і тим важче з ними працювати.
Наявні моделі фотосинтезу слабо корельо-
вані між собою і відображують лише окремі
стадії цього процесу. З погляду практичного
застосування найперспективнішою ми вва-
жаємо модель, розроблену на кафедрі біофі-
зики біологічного факультету Московського
державного університету ім. М.В. Ло мо но-
сова, яка добре корелюється з методом ІФХ.
Для практичного підтвердження резуль-
татів моделювання нами було виконано
значну кількість натурних випробувань, а
також на базі профільних інститутів-парт-
нерів створено автоматизовані лабораторії
на основі спеціальних кліматичних камер
для вирощування рослин.
Слід зазначити, що ефект ІФХ було від-
крито німецьким ученим Г. Каутським ще у
30-х роках минулого століття. Цей ефект
тривалий час вивчали в лабораторних умо-
вах з метою швидкого оцінювання стану
рослин, а в останні 15 років у розвинених
країнах на його основі було розроблено про-
мислові прилади для використання в сіль-
ському господарстві.
В Інституті кібернетики ім. В.М. Глушко-
ва НАН України на основі ефекту ІФХ та-
кож було створено сімейство таких ком п’ю-
терних приладів «Флоратест». Експеримен-
тальні зразки розроблено за Комплексною
науково-технічною програмою Національ-
ної академії наук України «Сенсорні систе-
ми для медико-екологічних і про мис ло во-
технологічних потреб» (керівник — академік
НАН України Г.В. Єльська), а до се рійного
випуску прилади сімейства «Флоратест»
підготовлено за проектом Українського на-
уково-технологічного центру № 5219 «Роз-
робка і підготовка до серійного виробництва
інтелектуальних біосенсорів і методичного
забезпечення для експрес-діагностики ста-
ну рослин в умовах прецизійного землероб-
ства».
Починаючи з 2011 р. ці прилади випуска-
ються серійно на контрактному виробницт-
ві Науково-виробничої фірми VD MAIS
(м. Київ) і нині успішно використовуються
під час напрацювання методичного забезпе-
чення в агрофірмах, установах Національної
академії аграрних наук України та аграрних
університетах, серед яких:
Інститут рослинництва, екології та біо-
технології Національного університету біо-
ресурсів і природокористування України;
Інститут садівництва НААН України;
Національний науковий центр «Інститут
виноградарства і виноробства ім. В.Є. Таїро-
ва» НААН України;
Комп’ютерні прилади «Флоратест»
20 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
Національний науковий центр «Інститут
ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Со ко-
ловського» НААН України;
Інститут біоенергетичних культур і цук-
рових буряків НААН України.
Широке впровадження у сільське госпо-
дарство України комп’ютерних приладів сі-
мейства «Флоратест» дасть змогу своєчасно
вжити запобіжних заходів і, як наслідок,
врятувати рослини від хвороб, зберегти вро-
жай, підвищити продуктивність рослинних
культур, скоротити витрати на виробництво
одиниці продукції, знизити вміст шкідливих
речовин у рослинах, що особливо важливо в
умовах прецизійного землеробства, впрова-
дження якого передбачає автоматизацію
всіх ланок технологічного процесу.
Наприклад, випробування приладу «Фло-
ратест» у процесі визначення строків черго-
вих поливів саджанців винограду в Держав-
ному господарстві «Таїровське» показали,
що застосування нових технологій з вико-
ристанням цього приладу скорочує зрошу-
вальну норму води на 30% (840 м3/га), а вар-
тість заощадженої води становить близько
4,36 тис. грн./га. Завдяки оптимізації режи-
му вологості ґрунту на дослідних ділянках
цього господарства вихід саджанців вино-
граду збільшився в середньому на 8,2%, або
на 8,9 тис. шт., вартість яких становить
42,7 тис. грн. Додатковий прибуток від за-
стосування приладу впродовж вегетаційно-
го періоду дорівнює 44,7 тис. грн/га.
У 2011 р. було проведено успішні випро-
бування приладів сімейства «Флоратест» у
кількох аграрних господарствах Німеччини
для визначення впливу біологічно активних
добавок на врожаї таких культур, як кукуру-
дза, цукрові буряки та соя.
Вище було зазначено, що на світовому
ринку пропонується багато приладів для
експрес-діагностики стану рослин, принцип
дії яких ґрунтується на використанні ефек-
ту ІФХ. Однак, як видно з таблиці, їхня вар-
тість сягає кількох тисяч євро.
Крім того, методичне та програмне забез-
печення зарубіжних приладів закрите для
користувача, що унеможливлює напрацю-
вання нових методик для рослин, що не
включені до інструкції користувача. Тому за
розробленням нових методик для такого
приладу слід звертатися до фірми-ви роб-
ника, витрачаючи додаткові кошти, які зна-
чно перевищують вартість самого приладу.
Немає також можливості модернізації апа-
ратних засобів цих приладів для розши-
рення сфери застосування. Таким чином,
прилади іноземного виробництва в Україні
практично не використовуються у зв’язку з
високою вартістю та відсутністю напрацьо-
ваних методик для широкого застосування,
особливо для вирішення прикладних за-
вдань, характерних для аграрної галузі
України.
Комп’ютерні прилади сімейства «Флора-
тест» мають переваги порівняно із зарубіж-
ними аналогами:
1. У приладах сімейства «Флоратест»
передбачена швидка апаратна модерніза-
ція шляхом заміни виносного оптичного
сенсора.
2. Прилади побудовано як відкриті систе-
ми. Нове напрацьоване користувачем мето-
дичне забезпечення у вигляді прикладної
програми може бути записане у процесор
приладу безпосередньо з персонального ком-
п’ютера користувача.
3. Методичне забезпечення приладів сі-
мейства «Флоратест» не має аналогів і спря-
моване на економію водних та енергоресур-
сів під час штучного зрошування, оптималь-
не дозування біологічно активних добавок,
добрив і пестицидів, виявлення на ранній
стадії інфекційних хвороб сільськогосподар-
ських рослин, експресне оцінювання дії не-
сприятливих погодних умов та техногенних
навантажень на стан рослин.
4. Вартість приладів за умови серійного
виробництва принаймні у 3–5 разів менша
від вартості закордонних аналогів.
Основні технічні рішення і методичне за-
безпечення приладів сімейства «Флоратест»
захищено багатьма патентами України, від-
значено на Всеукраїнському конкурсі «Ви-
нахід-2008». Інститутом підписано дві лі-
цензійні угоди на серійний випуск цих при-
21ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
ладів. У 2011 р. Комітет з Державних премій
України в галузі науки і техніки прийняв рі-
шення про відзначення роботи «Мікроелек-
тронні датчики нового покоління для інте-
лектуальних систем», в яких представлено й
прилади сімейства «Флоратест», Держав-
ною премією України.
Експериментальні зразки приладів, як
вже зазначалося, було передано у науково-
дослідні центри НААН України, в яких на-
працьовано і напрацьовуються нині оригі-
нальні промислові методики. Недаремно
використання приладів сімейства «Флора-
тест» було відмічено президентом НААН
України М.Д. Безуглим на загальних зборах
НАН України у 2011 р., а Прем’єр-міністр
України М.Я. Азаров, ознайомившись із при-
ладом на виставці «Барвиста Україна 2011»,
зауважив, що таким приладом доцільно було
б забезпечити кожного агронома.
Основні сфери застосування приладів сі-
мейства «Флоратест»:
— експресне оцінювання життєдіяльнос-
ті рослин після посухи, морозу, щеплення,
внесення пестицидів;
— експрес-визначення оптимальних доз
органічних і мінеральних добрив та біоло-
гічно активних добавок, що дає змогу опти-
мізувати кількість внесених добрив і біоло-
гічних добавок та зменшити вміст нітратів в
овочах і фруктах;
— оптимізація технології прецизійного
землеробства, а також використання прила-
ду для наземного моніторингу та підтвер-
дження космічних спостережень за розви-
тком сільськогосподарських культур;
— експресне визначення забруднення ґрун-
тів пестицидами, важкими металами і про-
мисловими викидами та їх вплив на зелені
насадження мегаполісу;
— економія енергетичних і водних ресур-
сів при штучному поливі;
— діагностика вірусного та бактеріально-
го навантаження на сільськогосподарські
рослини;
— прогнозування майбутнього врожаю,
наприклад, у страховому землеробстві;
— автоматизація досліджень у галузі фі-
зіології рослин у гімназіях, вищих навчаль-
них закладах і науково-дослідних інститу-
тах.
Нині з метою підвищення ефективності
застосування інформаційних технологій у
прецизійному землеробстві в Інституті кі-
бернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
розроблені та готуються до серійного вироб-
ництва розподілені інтелектуальні біосенсо-
ри з вбудованим радіоканалом. Принципова
відмінність бездротових сенсорів від авто-
номних приладів, наприклад приладів сі-
мейства «Флоратест», полягає в тому, що
такі сенсори попередньо розміщують на
Порівняльні параметри базового приладу сімейства «Флоратест» з найближчими аналогами
Параметри
Тип приладу
Флоратест OS-30p CL-01 HANDY-PEA PAM-2100 PPM-100
Фірма-виробник Інститут
кібернетики
ім. В.М. Глушкова
OPTI-
Sciences
Hansatech
Instruments
Hansatech
Instruments
Heinz Walz
GmbH
EARS
Довжина хвилі
випромінювання, нм
670 660 620–940 660 655 637
Час вимірювання, с 10…180 2…255 0,5…60 0,1…300 0,1…300 0,1…300
Можливість
перепрограмування
користувачем
Є Немає Немає Немає Немає Немає
Вартість, євро 300 2495 1275 1350 15000 1395
22 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
досліджуваних рослинах, а зчитування да-
них відбувається одночасно мобільними за-
собами, наприклад безпілотним гелікопте-
ром, по команді з віддаленого комп’ютера.
Це дає змогу за короткий проміжок часу
отримати сотні вимірів з різних ділянок ве-
ликого поля, що особливо важливо в разі
швидкої зміни кліматичних умов, під час
внесення добрив, пестицидів, біологічно ак-
тивних добавок тощо. Попередні експери-
ментальні дослідження підтвердили перева-
ги застосування інтелектуальних біосенсо-
рів з радіоканалом, об’єднаних у розподілену
сенсорну мережу, для одночасного збирання
даних про стан рослин з великих площ сіль-
ськогосподарських угідь.
Використання мобільної безпілотної плат-
форми (гелікоптера) для збирання великих
масивів даних про стан рослин у реальному
часі є новою технологією не лише для Украї ни,
а й для багатьох європейських країн. Зацікав-
леність у цій технології вже виявили агрофір-
ми Німеччини та України. Широке впрова-
дження мобільних інформаційних технологій
в аграрне виробництво України, на нашу дум-
ку, дасть змогу не лише підвищити продуктив-
ність і якість кінцевої продукції, а й отримати
економію при внесенні добрив, зекономити
водні та енергетичні ресурси, своєчасно захис-
тити рослини від інфекційних захворювань і
техногенних навантажень.
Наука є найкращим середовищем для біз-
несу, адже завдяки науковим дослідженням
створюється найкоштовніший продукт —
інтелектуальна власність. Виходячи з цих
азбучних істин, ті, хто створює нові інфор-
маційні технології та комп’ютерні прилади,
могли б не лише, так би мовити, добре жити,
а й інвестувати в інші наукові напрями та
фундаментальні дослідження.
Так, в Інституті кібернетики ім. В.М. Глуш-
кова НАН України розроблено комп’ютерні
прилади, на які є попит в Україні й за кордо-
ном. Ми навчилися за допомогою інформа-
ційних технологій досить швидко (за 5–7 мі-
сяців) доводити свої розробки до серійних
зразків, вироблених на сучасних автомати-
зованих підприємствах, так званих контрак-
тних виробництвах. Слід зазначити, що від-
працювати технічну документацію для тако-
го виробництва досить непросто. Доводиться
проходити кілька виробничих циклів, тобто
робити кілька спроб, доки вихід придатних
приладів не наблизиться до 100%. Однак по-
тім можна, наприклад, вранці замовити пар-
тію приладів, а вже ввечері отримати готові
вироби. Для освоєння технології знадобить-
ся 60–100 тис. доларів США на прилад, про-
те лише за таких умов можливо створити
власний серійний конкурентоспроможний
пристрій.
Досвід Інституту кібернетики ім. В.М. Глуш-
кова НАН України в сфері інформаційних
технологій може бути використаний для
створення та серійного випуску аналогічних
засобів і систем, розроблених в інших інсти-
тутах НАН України, в інтересах різних галу-
зей народного господарства.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-36402 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T15:06:40Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Романов, В.О. 2012-07-18T10:26:38Z 2012-07-18T10:26:38Z 2012 Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства / В.О. Романов // Вісн. НАН України. — 2012. — № 4. — С. 18-22. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36402 Наукове повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 березня 2012 року. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України З кафедри Президії НАН України Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства Article published earlier |
| spellingShingle | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства Романов, В.О. З кафедри Президії НАН України |
| title | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства |
| title_full | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства |
| title_fullStr | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства |
| title_full_unstemmed | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства |
| title_short | Комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства |
| title_sort | комп’ютерні прилади та інформаційні технології для прецизійного землеробства |
| topic | З кафедри Президії НАН України |
| topic_facet | З кафедри Президії НАН України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36402 |
| work_keys_str_mv | AT romanovvo kompûternípriladitaínformacíinítehnologíídlâprecizíinogozemlerobstva |