В этом году по договору с Министерством промышленности, инновационных и информационных технологий Рязанской области №18 от 25 июня 2014 г. о предоставлении субсидии за счет средств областного бюджета на компенсацию части расходов, связанных с выполнением научно-технического проекта, было проведено исследование по Разработке макетного образца бортового навигационно-связного устройства для сельскохозяйственной техники, работающего с использованием системы ГЛОНАСС.
Основными результатами работы стало изготовление и испытание опытного образца бортового навигационно-связного устройства на платформе ГЛОНАСС.
Ожидается второй этап развития проекта, который позволит создать региональную систему мониторинга транспорта агропромышленного комплекса и организовать мелкосерийное производство навигационно-связного оборудования в Рязанской области.
Актуальность темы и направленности проводимого исследования сомнений не вызывает.
Разработка системы управления транспортными и другими техническими средствами, применяемыми в сельском хозяйстве с использованием систем ГЛОНАСС/GPS, как и любого отраслевого ГЛОНАСС решения в интересах агропромышленного комплекса (АПК) актуальна для любого региона России, в котором аграрный кластер экономики является приоритетным. На данный момент, многие фирмы уже разработали и начали внедрять ГЛОНАСС - решения для различных отраслей народного хозяйства. Однако, существующая навигационная аппаратура не в полной мере адаптирована для использования на транспортных объектах агропромышленного комплекса.
В мировой практике сельскохозяйственного производства активно используются технологии точного земледелия, основанные на использовании данных глобальных навигационных спутниковых систем. Использование этих технологий позволяет значительно повысить эффективность производства сельскохозяйственной продукции, одновременно с этим снизив экологическую нагрузку на используемых территориях.
Производители современной сельскохозяйственной техники все чаще устанавливают на производимые машины оборудование спутниковой навигации в штатной комплектации, прежде всего для контроля технического состояния агрегатов в процессе эксплуатации. Эти меры позволяют выявлять неисправности и принимать превентивные меры по их устранению, не дожидаясь выхода из строя агрегатов. Такой подход ведет к снижению расходов на ремонты и простои техники.
Использование высокоточных приложений глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS (далее - ГНСС ГЛОНАСС/GPS) в технологиях точного земледелия на транспортных и других мобильных технических средствах в сельском хозяйстве будет способствовать освоению высокоточных технологий земледелия, что будет способствовать повышению урожайности с одновременным уменьшением химической нагрузки на почвы за счет точного дозирования вносимых химических удобрений.
Благодаря проводимым учеными в этой области исследованиям начал формироваться определенный перечень требований.
Так, система должна быть предназначена для автоматизации и информационного обеспечения выполнения работ по контролю и управлению производственными и продукционными процессами в сельском хозяйстве с использованием транспортных и других мобильных технических средств (далее - сельскохозяйственной техники), применяемых в сельском хозяйстве, с использованием технологий ГНСС ГЛОНАСС/GPS.
Система должна позволять решать следующие задачи:
- авторизованное подключение бортовых аппаратно-программных комплексов (далее - АПК) сельскохозяйственной техники;
- сбор, обработка, распределенное хранение и анализ данных о местоположении, показателях технического состояния и выполняемых сельскохозяйственной техникой работах;
- сбор, хранение, актуализация и ретрансляция данных о дифференциальных поправках к сигналам ГНСС ГЛОНАСС/GPS для обеспечения необходимой точности навигационных решений при работе сельскохозяйственной техники;
- сбор, хранение и актуализация данных о местоположении и форме контуров сельскохозяйственных земель и сельскохозяйственных полигонов, а также их агрохимических показателях (химическом составе почвы, состоянии полей, видах и качестве растительного покрова, проводимых на них работах);
- авторизованное подключение автоматизированных рабочих мест (далее - АРМ) операторов и администраторов Системы различных уровней;
- формирование и закладывание в бортовые АПК программ работ, выполняемых (контролируемых) с использованием технологий ГНСС ГЛОНАСС/GPS ‑ повышение эффективности отдельных сельскохозяйственных операций, выполняемых с применением сельскохозяйственной техники, за счет повышения точности работы.
В качестве объектов автоматизации при создании Системы должны рассматриваться процессы контроля и управления сельскохозяйственной техникой при выполнении ими агротехнологических процессов в сельскохозяйственном производстве.
Система должна быть выполнена в виде распределенного иерархического аппаратно-программного комплекса, предназначенного для работы на трех уровнях:
- федеральный уровень (центральный АПК);
- региональный уровень (АПК операторов);
- уровень сельскохозяйственных товаропроизводителей (бортовые АПК и АРМ товаропроизводителей).
Центральный АПК должен быть предназначен для хранения и обработки агрегированных данных, получаемых от АПК операторов, а также предоставления на региональный уровень геоинформационных данных:
- транспортировка (данные о транспортной инфраструктуре товаропроизводителей: дороги, подъезды, переправы и пр.);
- землеустройство (границы сельскохозяйственных контуров и полигонов);
- землеобработка (методы и объемы землеобработки в границах сельскохозяйственных контуров и полигонов);
- возделываемые культуры (распределение видов возделываемых культур в границах сельскохозяйственных полигонов);
- химическая обработка и полив (методы, объем и виды вносимых минеральных и химических удобрений, воды и химический состав почвы).
Центральный АПК должен использовать данные существующих федеральных государственных информационных систем Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (функциональная подсистема «Электронный атлас земель сельскохозяйственного назначения» (ФГИС ФП АЗСН) и система дистанционного мониторинга земель агропромышленного комплекса России (ФГИС ФП СДМЗ АПК).
АПК операторов (региональный уровень) должен быть предназначен для обеспечения авторизованного подключения и непосредственной работы с бортовыми АПК сельскохозяйственной техники и АРМ товаропроизводителей:
- авторизованного подключения бортовых АПК, получения данных о работе сельскохозяйственной техники и обеспечения бортовых АПК данными о дифференциальных поправках для обеспечения требуемого уровня точности выполнения отдельных сельскохозяйственных операций;
- авторизованного подключения и обмена данными с АРМ операторов.
АРМ оператора должен быть предназначен для отображения и обработки данных полученных от бортовых АПК, формирования отчетов, подготовки данных заданий для бортовых АПК на высокоточную обработку сельскохозяйственных полигонов с использованием оборудования подсистемы автоматизации вождения бортовых АПК.
Бортовые АПК сельскохозяйственной техники (уровень сельскохозяйственных товаропроизводителей) должны быть предназначены для обеспечения контроля местоположения и работы, а также автоматизации управления сельскохозяйственной техники.
Бортовые АПК сельскохозяйственной техники должны включать в свой состав следующие подсистемы, допускающие функционирование в различных комплектациях:
- подсистему навигационно-информационного обеспечения, включая навигационную аппаратуру потребителя ГНСС ГЛОНАСС/GPS и оборудование беспроводного обмена данными с АПК оператора;
- подсистему контроля работы исполнительных механизмов сельскохозяйственной техники;
- подсистему контроля технического состояния и работы машин и механизмов, включая анализ функционирования узлов и агрегатов сельскохозяйственной техники штатными системами (чтение данных CAN шины);
- подсистему автоматизации вождения, включая механизмы индикации направления движения и механизмы руления;
- подсистему управления, включающую интерфейс пользователя (водителя), позволяющую контролировать функционирование всех подсистем, наличие ошибок функционирования подсистем.
Состав подсистем, входящих в состав бортового АПК, должен отличаться для каждого типа сельскохозяйственной техники:
1) автомобильные транспортные средства общего назначения, предназначенные для перевозки различных видов сельскохозяйственных грузов;
2) самоходные сельскохозяйственные машины и тракторы со специализированным навесным и прицепным оборудованием, предназначенные:
- для предпосевной и послеуборочной обработки почвы (плуги, бороны, культиваторы и пр.);
- для площадного поверхностного и внутрипочвенного внесения жидких и твердых удобрений, химикатов и полива.
3) мелиоративные машины и тракторы со специализированным навесным и прицепным оборудованием (каналокопатели, каналоочистители, дреноукладчики, промывщики дренажных труб и пр.);
4) самоходные сельскохозяйственные машины и тракторы со специализированным навесным и прицепным оборудованием для возделывания специальных культур (агрегаты для возделывания винограда, хмеля, чая, содержания лесов и пр.);
5) самоходные сельскохозяйственные машины и тракторы со специализированным навесным и прицепным оборудованием для отбора почвенных проб, оборудование для картографирования полей (автоматические и ручные почвоотборники, оборудование для определения границ полей).
Таким образом, готовые ГЛОНАСС решения в том виде, в котором они представлены на рынке навигационных и мониторинговых услуг, использовать для решения задач агропромышленного комплекса нельзя.
Необходимо разработать свою агропромышленную платформу ГЛОНАСС, внедрение которой даст ощутимый положительный эффект.
Внедрение подобных технологий в отечественное сельскохозяйственное производство затрудняется, в частности, отсутствием необходимой инфраструктуры и, как следствие, большими финансовыми нагрузками на сельхозпроизводителей при их внедрении. В решении этой проблемы может помочь создание единой системы управления транспортными и другими техническими средствами, применяемыми в системе сельского хозяйства с использованием систем ГЛОНАСС/GPS, подключение к которой будет стимулировать сельхозпроизводителей использовать передовые технологии земледелия.
Тема научной работы имеет большое значение для использования передового международного опыта и научно-технических разработок в целях повышения эффективности транспортных технологий в агропромышленном комплексе Российской Федерации.
Состав макетного и опытного образцов системы скомплектован с использованием производственных площадок и специалистов холдинга SpaceTeamHolding (СТ Холдинг), фирмы «М2М-телематика Рязань», Научно-производственной фирмы «Мета», ФГБУ «Рязанский приборный завод», ООО "Навтелеком", КБ «НАВИС», малого инновационного предприятия при Рязанском государственном агротехнологическом университете «АГРОНАСС».
Этапы разработки научного проекта:
1. Исследование вопросов применения ГЛОНАСС в агропромышленном комплексе.
2. Уточнение технического облика и состава платформы бортовой навигационно-связной и информационно-управляющей аппаратуры.
3. Разработка макетного образца бортового навигационно-связного устройства для сельскохозяйственной техники, работающего с использованием системы ГЛОНАСС.
4. Испытания макетного образца бортового навигационно-связного устройства. Доработка и отладка комплекта.
Направления дальнейших исследований:
1. Разработка структуры региональной системы мониторинга и управления эксплуатацией объектами транспорта и механизации сельского хозяйства, в интересах агропромышленного комплекса, перерабатывающей промышленности и лесного хозяйства с использованием платформы ГЛОНАСС и автоматической идентификации
2. Разработка и формирование регионального ситуационного центра мониторинга и управления эксплуатацией объектами транспорта и механизации в интересах агропромышленного комплекса, перерабатывающей промышленности и лесного хозяйства с использованием платформы ГЛОНАСС и автоматической идентификации
3. Определение производственной площадки и налаживание производства абонентского обслуживания навигационно-связного оборудования для агропромышленного комплекса, перерабатывающей промышленности и лесного хозяйства.
Параллельно с решением научных задач, решаются вопросы по определению направлений коммерциализации результатов интеллектуальной деятельности и взаимодействия с заинтересованными предприятиями региона. На базе РГАТУ планируется открыть учебный центр по подготовке специалистов для работы с навигационно-связным оборудованием для АПК.
Одна из целей инновационного проекта - организация мелкосерийного производство навигационно-связного оборудования в Рязанской области, базирующееся на принципе ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ. Это позволит обеспечить снижение розничной стоимости оборудования на 50 % по сравнению с аналогами. (справочно: стоимость базового комплекта навигационно-связного оборудования для автомобиля производства Евросоюза - 30 тыс.руб, Российских аналогов - 15-20 тыс.руб, разрабатываемого опытного образца - 7,5 тыс.рублей).
Рецензенты:
Успенский И.А., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техническая эксплуатация транспорта» (ТЭТ) ФГБОУ ВПО РГАТУ, г. Рязань;
Лазуткина Л.Н., доктор педагогических наук, доцент, проректор по научной работе ФГБОУ ВПО РГАТУ, генеральный директор Малого инновационного предприятия «АГРОНАСС», г. Рязань.