Сельское хозяйство считают очень неповоротливой сферой, куда инновации почти не внедряют. Это не совсем так, по данным ежегодного исследования «Индекс развития сельхозпроизводителей России», в 2021 году уровень использования технологий в индустрии увеличился более чем на 24%. О ключевых информационных технологиях в сельском хозяйстве рассказали Александр Вахитов, продакт-менеджер Syncretis, и Евгений Левченко, продакт-оунер компании.
Главные изменения в АПК происходят в контексте цифровой трансформации. Это не просто внедрение нового софта или «железа» в агрохолдингах, а пересмотр бизнес-процессов и методов сбора информации, унификация данных, создание цифровых двойников, делегирование управленческих решений компьютеру и контроль за их исполнением. Мы подобрали пять технологий, которые играют ключевую роль в цифровой трансформации отдельных агрохозяйств и индустрии в целом.
Интернет вещей (Internet of Things, IoT)
Датчики помогают в режиме реального времени измерять характеристики почвы, отслеживать осадки, температуру, влажность, движение техники. За счет этого у фермеров появляется возможность собирать огромное количество данных, агрегировать их в информационной системе, анализировать и принимать более осознанные решения. Это приводит к экономии ресурсов и денег, что важно для такой низкомаржинальной сферы, как сельское хозяйство. До распространения интернета вещей это было невозможно.
Например, можно установить датчики на технику и понять, где она находится, по какому маршруту идет, не отклоняется ли от него, не простаивает ли без дела. Агрохозяйство за счет этого оптимизирует траты на бензин, предотвращает воровство. Датчики в почве и метеодатчики не так быстро дают эффект, но помогают контролировать рост растений, решать, когда внести удобрения, поливать культуры, обрабатывать их пестицидами, чтобы получить больше урожая.
Глобальный рынок IoT в сельском хозяйстве оценивали в $22 млрд в 2021 году. Он будет расти на 10% ежегодно, превысив $35 млрд к 2026 году. Но на развитие IoT, в том числе в сельском хозяйстве, сильно влияет качество связи. Часто угодья удалены от вышек сотовой связи, получить стабильный поток информации с датчиков сложно. Новое поколение 5G должно облегчить эту задачу. Но массовому распространению в России сетей 5G пока мешают занятость частот, прекращение поставок импортного телеком-оборудования и отсутствие российских базовых станций.
Дистанционное зондирование земли
С помощью спутников и дронов можно мониторить и зондировать землю без ручного труда. Спутниковые снимки позволяют оценить ситуацию на полях на больших расстояниях, в то время как дроны больше подходят для точечного и точного мониторинга. Главное преимущество дистанционных методов — большой охват и возможность быстро получить необходимые данные. При наземном зондировании трудозатраты намного выше, а весь процесс — дольше.
Спутниковые снимки есть у трех основных провайдеров — европейское семейство спутников Sentinel, американская программа Landsat и Роскосмос. В России в основном пользуются Sentinel. Разрешение снимков Sentinel-2 доходит до 10 метров на пиксель. У дронов разрешение намного выше — до 2 см на пиксель, но каждый файл может весить несколько гигабайт, так что их сложно обрабатывать. Обычно для мониторинга посевов достаточно спутников.
Объединяя спутниковые данные и информацию с датчиков, которые заложены в земле на глубине в несколько сантиметров, можно, например, составить температурный профиль почвы. Это избавит агронома от необходимости проверять вручную с помощью термометра, достигла ли температура в поле оптимальных значений для посева. Дистанционные методы также учитывают особенности отдельных участков в рамках одного поля.
Геоинформационные системы (ГИС)
Для работников АПК важно визуализировать информацию в виде карт. Сегодня ГИС — это основа и сердце информационных систем, связанных с управлением сельхозпредприятием.
Агрохолдинг создает макет цифровой местности, полей и техники. Иногда они разбросаны в нескольких регионах и даже странах. Информация складируется в информационную систему и отображается в виде слоев. Слой — это атрибут поля, например, влажность, рельеф, перепады высот, гидромелиоративные сооружения, сельскохозяйственные культуры. Переключаясь между различными атрибутами, агрохозяйство может сформировать общую картину происходящего на полях.
В ГИС можно посмотреть, как проходит уборочная кампания, на каких участках урожай уже собрали, а где к работе пока не приступили. Агропредприятия могут увидеть, какие поля обработали пестицидами, а какие нет, выпадали ли осадки, появились ли вредители. Или визуально отследить перемещение техники, оценить мотопробег, затраты горюче-смазочных материалов, понять причины, по которым происходит превышение нормы.
Точное земледелие
Точное земледелие — это высокоточная система управления агропредприятием, которая включает в себя разные технологии: это и интернет вещей, и ГИС, и дистанционное зондирование земли. Оно базируется на информации, полученной от провайдеров и с датчиков.
Земледелие предполагает разбивку поля на участки исходя из их характеристик и, как следствие, дифференцированный посев, полив, обработку пестицидами. Если на одном участке поля урожай обычно богаче, можно посадить там больше семян. А если почва в каком-то месте беднее, увеличить объем удобрений. Конечная цель — собрать больше урожая и сэкономить на всех этапах.
В классических подходах сельского хозяйства поле обрабатывают как единое целое. Между тем агрофизические и агрохимические показатели почвы могут различаться в рамках одного поля, особенно, если речь идет об угодьях в несколько тысяч гектаров. Агрооперации с учетом таких особенностей позволяют сэкономить агрохозяйству 15-20% ресурсов.
Сегодня многие агрохолдинги проводят экспериментальные работы, связанные с точным земледелием. Обычно они выделяют земли для пилотных проектов, а для разбивки их на участки используют индекс NDVI. Он рассчитывается по снимкам со спутников и БПЛА и дает возможность узнать о состоянии посевов в разных частях поля.
Искусственный интеллект и математическое моделирование
Спектр применения ИИ и математических моделей в сельском хозяйстве довольно широк. Например, они позволяют спрогнозировать количество собранного урожая в течение всего цикла сельскохозяйственных работ. Благодаря этому агрохозяйства могут оценить, сколько денег они заработают в конце сезона.
Другое востребованное направление — севооборот. Так называют практику выращивания разных видов культур на одной и той же земле в течение нескольких вегетационных сезонов. Для каждой сельскохозяйственной культуры характерны свои микроорганизмы в корневой системе, баланс химических элементов, которые она забирает из земли. Так что если сажать одни и те же растения на поле в течение нескольких лет, с каждым годом плодородность почвы будет падать. Возможна ситуация, когда землю придется вывести из сельскохозяйственного оборота, чтобы дать ей восстановиться. А если грамотно подобрать последовательность культур, можно не только выровнять баланс микроэлементов в почве, но и улучшить ее состояние.
Агрохозяйство может построить оптимизационную математическую модель, которая с учетом разных факторов (культуры-предшественники, урожайность культуры и так далее) дает рекомендации по будущим посадкам. Подобные математические модели также могут максимизировать прибыль. Для этого необходимо обогатить их данными по ценообразованию и продажам.
Перспективы и сложности
Развитию технологий в сельском хозяйстве мешают многие факторы: высокая импортозависимость российской промышленности с точки зрения элементной базы, разрозненность данных и отсутствие единых протоколов их передачи, вопросы кибербезопасности (в случае с IoT).
Более того, использовать технологии в сельском хозяйстве пока могут позволить себе в основном крупные агрохолдинги, ведь внедрение таких инструментов требует вложений не только в покупку «железа», но и в обучение людей. Небольшие агрохозяйства часто практически не внедряют инновации и до сих пор хранят информацию в лучшем случае на бумаге. Чем больше становится компания, тем более явно выражена ее потребность в оптимизации внутренних процессов и повышении производительности.
Навести порядок в информационной системе невозможно, пока этого порядка нет в бизнесе. Чтобы принимать решения на основе информации, необходимо сначала разобраться в своих процессах: понять, где взять эту информацию, каких данных не хватает, что сделать для того, чтобы их получить, как преодолеть сопротивление сотрудников, которые не захотят делиться знаниями или уже привыкли работать в определенном режиме. Поэтому цифровая трансформация происходит сверху вниз и начинается с топ-менеджмента.
Читать далее:
НАСА раскрыло происхождение Хаумеи — самой загадочной планеты Солнечной системы
Живые организмы сделали Марс непригодным для обитания
Печень может работать более 100 лет: ученые рассказали, как это возможно