Сельское хозяйство 4.0 – что это?
Сельское хозяйство 4.0 – это следующее поколение промышленного сельского хозяйства, которое объединяет современные технологии и инновации для повышения эффективности и устойчивости сельскохозяйственного производства. Сельское хозяйство 4.0 включают использование интернета вещей (IoT), больших данных (BDA), искусственного интеллекта (AI), роботизации (ARS) и др. Сельское хозяйство 4.0 также известно как «Умное сельское хозяйство», «Умное земледелие» или «Цифровое земледелие».Сельское хозяйство 4.0 основано на принципах Индустрии 4.0 – модели, описывающей четвертую промышленную революцию на основе цифровизации и автоматизации производственных процессов.
Аграрные системы, управляемые интернетом вещей (IoT)
Интернет вещей (IoT) относится к вселенной взаимосвязанных вычислительных устройств, датчиков, машин, подключенных к Интернету, каждое из которых имеет уникальную идентификацию и возможности для удаленного сбора данных и мониторинга.В сельскохозяйственных системах применяются различные технологии: RFID (идентификация по радиочастоте); NFC (ближнепольная связь); GPRS (технология передачи данных в мобильных сетях); 2G, 3G и 4G (технологии мобильной связи); WSN (беспроводная сеть подземных, подводных и др. датчиков) и другие.
Аграрные системы, управляемые Интернетом вещей (IoT), становятся всё более популярными благодаря их способности оптимизировать процессы, повышать эффективность и снижать затраты. Ниже приведены примеры таких систем.
- Умные датчики для мониторинга почвы. Датчики, которые измеряют уровень влажности, pH, температуру и содержание питательных веществ в почве. Эти данные помогают оптимизировать полив и удобрение.
- Системы автоматического полива. Умные системы полива, которые используют данные от датчиков для автоматической настройки уровня полива в зависимости от состояния почвы и погодных условий. Это позволяет экономить воду и улучшать здоровье растений.
- Мониторинг животных. Умные ошейники и датчики, которые отслеживают местоположение, здоровье и поведение скота. Это помогает контролировать здоровье животных и оптимизировать их кормление.
- Умные теплицы. Полностью автоматизированные теплицы, которые используют IoT-устройства для контроля всех аспектов микроклимата, включая освещение, полив и вентиляцию.
- Дроны для мониторинга полей. Дроны, оборудованные камерами и датчиками, которые собирают данные о состоянии полей, таких как уровень растительности, наличие вредителей и болезни. Эти данные помогают принимать обоснованные решения о необходимых мерах.
- Управление запасами и логистика. Умные системы, которые отслеживают запасы семян, удобрений и других ресурсов в реальном времени. Это позволяет управлять запасами более эффективно и заранее планировать закупки.
- Системы прогнозирования урожайности. Использование аналитики больших данных и IoT для прогнозирования урожайности на основе данных о климатических условиях, состоянии почвы и других факторах. Это помогает лучше планировать действия.
- Управление оборудованием. Умные системы управления сельскохозяйственной техникой, которые могут автоматизировать процессы, такие как посев, сбор урожая и обработка полей, используя данные в реальном времени.
Мобильные приложения для АПК
Устройства IoT собирают огромные объемы данных из окружающей среды, а облачные вычисления предоставляют платформу для хранения, обработки и анализа этих данных.Облачные вычисления в сельском хозяйстве обеспечивают всеобщий удобный и мгновенный доступ к общему пулу настраиваемых вычислительных ресурсов (например, сетей, серверов, хранилищ, приложений, сервисов). В сочетании с IoT и WSN, облачная система используется для разработки различных приложений для сельского хозяйства.
В России пользуются популярностью многие мобильные приложения для сельского хозяйства. Некоторые из них приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Мобильные приложения для АПК
| Приложение | Основные возможности приложения |
|---|---|
| СкайСкаут (SkyScout) – единая система управления агрономической службой организаций АПК всех масштабов | Спутниковый мониторинг полей; учёт всего опыта растениеводческого хозяйства и его специфики; предоставление полной картины состояния культур в течение всего сезона |
| АгроМон – компьютерная программа и мобильное приложение для управления растениеводческим предприятием | Контроль состояния посевов; управление полевыми работами; планирование сезона; обмен данными с командой, производителями семян, средств защиты растений и дистрибьюторами; сохранение истории полевых работ и севооборота; доступность к агрономическим справочникам. Может работать без подключения к интернету |
| История поля – облачный сервис дистанционного мониторинга и контроля сельскохозяйственных угодий | Оперативный мониторинг состояния посевных площадей; планирование выполнения сельскохозяйственных операций; контроль техники на полях; ведение полевых журналов; просмотр карты полей с раскраской по культурам; фотофиксация вредителей; отображение точек для отбора агрохимических проб; прогноз погоды и др. Может работать без подключения к интернету |
| Помощник агронома 1С: EPR АПК-2 – приложение для автоматизации работы агронома | Наблюдения о процессе выращивания культур по каждому полю отдельно; отслеживание списка задач от главного агронома и построение оптимального маршрута их выполнения; анализ состава и хронологии полевых работ; расчёт значений формальных показателей развития культур и др. Может работать без подключения к интернету |
| Молочная ферма – полноценная программа управления стадом | Предоставление всей нужной информации осеменатору, владельцу фермы и ветврачу; сбор данных, оценка их динамики; оперативное выявление охоты и предупреждение об отелах; учёт поголовья молодняка и коров; фиксация события по конкретным животным и др. Работает только при подключении к интернету |
| Птицевод помощник – приложение для ведения ежедневной статистики по каждой птице и каждой породе | Рекомендации по кормлению; анализ яйценоскости, привеса, здоровья птицы; анализ микроклимата в курятнике; наличие предустановленных схем по инкубации для кур, уток, индюков, перепелов, гусей, цесарок и т.д.; ежедневое напоминание о смене температуры или влажности в инкубаторе; советы по опрыскиванию и количеству поворотов яиц и др. Может работать без подключения к интернету |
| Direct.Farm – это специализированная платформа, которая функционирует как социальная сеть для аграриев и специалистов в области сельского хозяйства | Платформа ориентирована на объединение фермеров, агрономов, консультантов и других участников агросектора с целью обмена опытом, знаний и информацией |
| Своё Родное – маркетплейс | Маркетплейс разработан Россельхозбанком для сбыта фермерской продукции (овощи, фрукты, мясо, молочная и другая продукция). Доставка заказов производится по всей России. Имеются возможности для продвижения агротуризма и мастер-классов на фермах |
Сельскохозяйственные автономные роботизированные системы (САРС)
Автономные роботизированные системы (ARS) – это интеллектуальные машины, способные выполнять задачи, принимать решения и действовать в режиме реального времени с высокой степенью автономности (без внешнего влияния или явного вмешательства человека).Сельскохозяйственные автономные роботизированные системы (САРС) могут быть передвижными (беспилотные наземные транспортные средства и беспилотные летательные аппараты) или стационарными (рис.1).
Рисунок 1 – Сельскохозяйственные автономные роботизированные системы (САРС)
Беспилотные наземные транспортные средства в сельском хозяйстве – это сельскохозяйственные роботы, которые работают на земле без участия человека-оператора. Архитектура управления может быть удаленно управляемой (управляемой оператором-человека через интерфейс) или полностью автономной (на основе технологий искусственного интеллекта без необходимости контроля человеком). Это могут быть, например, селекторы и дрон-роботы; автономные тракторы; роботы для ухода за растениями; роботы для перевозки продукции; и другие.Беспилотные летательные аппараты в сельском хозяйстве (БПЛА) – это воздушные роботы. Существует широкий спектр БПЛА, выделяемых в зависимости от типа технологии полета (структуры крыла) и уровня автономности. Снабженные соответствующими датчиками (видеокамерами, инфракрасными, мультиспектральными и гиперспектральными камерами и т.д.) сельскохозяйственные БПЛА позволяют проводить оценку состояния посевов; выявлять вредителей; определять недостатка влаги; анализировать состояние почвы; картографировать; вносить удобрения и пестициды; проверять ирригационные системы и многое другое.
Стационарные САРС представляют собой технологии, которые помогают автоматизировать различные процессы в сельском хозяйстве. Примерами таких САРС являются следующие: системы капельного орошения с сенсорами; камеры и сенсоры для мониторинга состояния растений, обнаружения болезней или вредителей; системы кормления животных и слежения за их состоянием; и другие.
Искусственный интеллект (AI) в сельском хозяйстве
Искусственный интеллект (AI) включает в себя разработку теории и компьютерных систем, способных выполнять задачи, требующие человеческого интеллекта и принятия решений.Искусственный интеллект (ИИ) в сельском хозяйстве считается одним из ключевых факторов цифровизации. Искусственный интеллект, широко используется в сельском хозяйстве, сочетается с облачными вычислениями, интернетом вещей и большими данными.
В качестве примеров использования ИИ в сельском хозяйстве можно привести следующие:
- ИИ может анализировать данные о погоде, состоянии почвы, урожайности прошлых лет и прогнозировать на этой основе урожайность;
- ИИ может обрабатывать и анализировать изображения с дронов или стационарных камер и на этой основе выявлять заболевания растений, наличие вредителей или дефицит питательных веществ на ранних стадиях;
- ИИ может анализировать данные о влажности почвы, погодных условиях и потребностях растений и оптимизировать режим полива, а также сократить расход воды;
- роботы, использующие технологии ИИ, могут выполнять различные задачи, такие как посев, уборка урожая и борьба с сорняками;
- ИИ может оптимизировать процессы логистики: планировать маршруты доставки продукции с учётом трафика, погодных условий и состояния дорог;
- ИИ может создавать цифровые двойники – виртуальные модели процесса, продукта или услуги, полностью или частично основанные на данных физического мира. Например, цифровой двойник поля, сформированный на основе больших данных, позволяет выбирать оптимальные дозы удобрений, режим полива, предсказывать развитие ситуации и др.
Техники и алгоритмы машинного обучения применяются в сельском хозяйстве для прогнозирования урожая, обнаружения болезней и сорняков, прогнозирования погоды (осадки), оценки свойств почвы (тип, содержание влаги, pH, температура и т. д.), управления водой, определения оптимального количества удобрений, производства и управления скотом и др.
Компьютерное зрение (CV) – ещё одна область искусственного интеллекта (AI), которое находит всё большее применение в сельском хозяйстве. Системы компьютерного зрения могут анализировать изображения, полученные с помощью дронов или спутников, для оценки здоровья растений, количества и качества урожая, распознавания сорняков и вредителей, уровня влажности и состояния почвы, идентифицировать зрелые плоды и др. В животноводстве компьютерное зрение может использоваться для отслеживания здоровья и поведения животных.
Цифровизация сельского хозяйства в России
Анализ статистических данных свидетельствует, что в России цифровизация сельского хозяйства находится на низком уровне. Основными факторами, сдерживающими использование цифровых технологий, являются следующие:- недостаток свободных финансовых средств;
- нехватка квалифицированных специалистов;
- высокая зависимость от импортных технологий;
- низкий уровень развития цифровой инфраструктуры сельской местности;
- неготовность и отсутствие мотивации к серьезным изменениям у сельскохозяйственных товаропроизводителей.
Однако потенциал для использования цифровых решений имеют не только крупные агрохолдинги, но также средние и малые аграрные предприятия. В этой связи важное значение, особенно для малых и средних товаропроизводителей, имеет государственная поддержка.
В 2023 году с целью обеспечения долгосрочного и опережающего развития в области цифровой трансформации сельского хозяйства Правительство РФ приняло стратегическое направление цифровизации отраслей агропромышленного и рыбохозяйственного комплексов на период до 2030 года.
В ходе реализации Стратегического направления в агропромышленном комплексе, в том числе в сельском хозяйстве, пищевой и перерабатывающей промышленности, производстве напитков и табака, рыбохозяйственном комплексе будут внедрены следующие технологии:
- моделирование и прогнозирование;
- цифровые двойники;
- искусственный интеллект, в том числе машинное обучение, компьютерное зрение;
- интернет вещей;
- беспилотные летательные аппараты;
- беспилотная сельскохозяйственная техника и робототехника;
- дистанционное зондирование Земли;
- спутниковые системы связи и позиционирования;
- обработка больших данных;
- сенсоры и маяки со спутниковым каналом передачи данных;
- технологии учета промысловой деятельности (для оснащения судов рыбопромыслового флота).
Материал подготовлен аналитиком foodsmi Еленой Горшениной.
Источником информации послужили печатные и электронные ресурсы. Дата обращения к ресурсам: 01.10.2024
Источники
1. Александрова Н.Р., Субаева А.К., Чутчева Ю.В. Цифровизация сельского хозяйства: тенденции и перспективы развития // Естественно-гуманитарные исследования. – 2024. – № 2 (52). – 25–30 с.
2. Литвина Н.И., Черкашов М.В., Савичкина Н.В. Цифровизация сельского хозяйства // Бизнес. Образование. Право. – 2023. – № 2 (63). – 174–179 с.
3. Распоряжение Правительства РФ от 29 декабря 2021 г. № 3971-р «Об утверждении стратегического направления в области цифровой трансформации отраслей агропромышленного и рыбохозяйственного комплексов РФ на период до 2030 г.». – URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/403236609/
4. ТОП-10 российских мобильных приложений для АПК // Своё Фермерство: всё об агробизнесе и фермерстве. – URL: https://dzen.ru/a/YhjpZ5djp3lf-y4j?sid=12960588971064962
Подписывайтесь на email-рассылку с помощью кнопки «Подписаться на новости» или на обновления foodsmi в Телеграм, ВКонтакте и Яндекс.Дзен, чтобы быть в курсе всех важных новостей из мира пищевой промышленности.
