Download
1 / 14
E N D
Agrarna informacijska tehnologija UVOD I DEFINICIJA Pojam „agrarna informacijska tehnologija“ (AIT) odnosi se na upotrebu elektronike i računala u agrarnom sektoru. Pojam „elektronika i računala“ obuhvaća senzore, aktore, komunikacijski slijed (Bus system), upravljačke i regulacijske sklopke, mikroprocesore, procesna računala, osobna računala, agrarni software i telematske uređaje. Prikladan opis AIT-a mogao bi se prikazati kao korištenje hardwarea, softwarea i orgwarea u poljoprivredi. AIT je samostalna grana uobičajene poljoprivredne tehnike. Ona se pretežno bavi aspektom strojogradnje, i to, kao što je tzv. „agrarna revolucija“ i pokazala, s puno uspjeha.
Agrarna informacijska tehnologija TEMELJI UZGOJA BILJA PREMA SPECIFIČNOSTIMA TLA I POLOŽAJU Uzgoj biljaka prema specifičnostima tla i položaju (SSPP) označava uzgoj kod kojeg se sva obilježja polja, tj. biljaka koriste kako bi se maksimirala učinkovitost produkcijskih sredstava te umanjilo nepoželjno unošenje štetnih tvari u okoliš. Lokalni činitelji, kao što su koncentracija hraniva u tlu, zahvaćenost korovom, visina prinosa i slično, odnose se na dijelove polja veličine oko 400 m² ili čak manje. U SSPP-u dolazi do prilagodbe inputa, kao što su primjerice sjeme, gnojivo, herbicidi i ostalo, specifičnim potrebama određene površine polja. U tu svrhu se polje razdijeli u odgovarajuće manje površine, tako da su karakteristike unutar manjih područja podjednake. Za obradu podataka vezanih uz položaj polja i manja područja unutar njega mogu se prekriti zamišljenom mrežom crta. Određene karakteristike tla i biljaka odražavaju se pomoću podataka o položaju (georeferencijski podatci) u pojedinačnim odjeljcima mreže. Svi za optimalan rast biljke potrebni faktori, kao i karakteristike samih biljaka, odnose se na ograničeni lokalni položaj. Oni su, dakle, specifični za taj položaj. SSPP je tipično područje primjene agrarne informacijske tehnologije (AIT). Ideja o poljoprivrednom uzgoju specifičnom za pojedinačne površine razvila se već početkom ovog stoljeća u SAD-u. Tada potrebna agrarna informacijska tehnologija još nije bila dostupna, pa je korisna zamisao ubrzo zaboravljena. No, stanje je danas u potpunosti drugačije. AIT se uglavnom može nabaviti na tržištu ili je u fazi razvoja. U pojedinim područjima još uvijek je potreban intenzivan istraživački rad i razvoj.
Agrarna informacijska tehnologija REGULACIJSKI I MJERNI SUSTAVI U VOZILIMA I STROJEVIMA Osnovni zadatak automatizacijske tehnike strojeva za aplikaciju sastoji se u tome da se određena količina neke tvari raspodijeli po tlu bez obzira na brzinu vožnje. Ovo u jednu ruku zahtijeva mjerenje trenutno izbačene količine tvari (ista količina), a u drugu, mjerenje stvarne brzine gibanja (pomoću radara) bez obzira na klizanje koje nastaje na obrađivanoj površini. Iz dobivenih podataka mikrokontrolor izračunava odstupanje od zadane količine kao i korekcijski signal. Preko aktora (ventili, bypass sustavi, izvršni motori) određuje se željeni protok tvari. U SSPP-u se, uz trajno nadgledanje stvarne aplicirane količine tvari i automatizirane o smjeru ovisne regulacije raspodjele, provodi i određivanje položaja uz povezivanje s faktorima iz karata tla, štetnika i prihoda. Predodređena količina je, dakle, specifična i različita od površine do površine. Gnojidba Kod centrifugalnih rasipača elektronska regulacija motora (s potvrdnim signalom) omogućuje regulaciju otvora za doziranje čak i pri promjeni brzine vožnje te time jamči dovoljnu točnost aplicirane količine tvari. Mjerenje, izračun i raspodjela mineralnog gnojiva
Agrarna informacijska tehnologija Doziranje obujma, odnosno raspodijeljenje količine mineralnog gnojiva (kg ha-1) kod pneumatskih rasipača mineralnih gnojiva realizira se putem izuzimača s komorama ili grebenastih izuzimača te preko valjaka za doziranje. Broj okretaja kod hidraulički pokretanih organa za doziranje mjeri se induktivno. Veličina izvedena iz broja okretaja utječe preko ventila za regulaciju na protok ulja u pogonu organa za doziranje. Pravilo koje se koristi za rasipače temelji se na sljedećoj načelnoj vezi: gdje je: Q – željena aplicirana količina po pojedinačnoj površini m – dozirana količina v – brzina kretanja rasipača mineralnih gnojiva B – radni zahvat rasipača mineralnih gnojiva. Uređaj za doziranje ovisi o brzini kretanja. Kao vodeća veličina služi izmjerena stvarna brzina gibanja (v), dok je regulirana veličina dozirana količina (m). Radni zahvat (B) uvjetovan je geometrijom površine i u SSPP-u se može mijenjati. Za različite vrste mineralnih gnojiva postoji različita funkcionalna povezanost između položaja otvora za doziranje i dozirane količine. Fizikalno-mehaničke značajke određene vrste mineralnih gnojiva (granulometrijski sastav, sipkost, higroskopičnost, specifična masa i ostalo) mogu se uzeti u obzir kroz probnu aplikaciju mikrokontrolora. Ovakav postupak kalibracije može se odvijati poluautomatski nakon što je zadano vrijeme uzimanja uzorka. Nakon pritiska na tipku otvor za doziranje otvara se u zadanom trajanju na kalibriranu poziciju. Tada se mjeri masa mineralnog gnojiva koja je protekla kroz otvor i o tome se „obavještava“ regulacijska eletronika.
Agrarna informacijska tehnologija Industrijski proizvedeno gnojivo za tržište ima konstantan odnos hraniva. Stoga nije moguće udovoljiti specifičnim potrebama biljaka na jednoj pojedinačnoj površini. Iz ovog razloga u SSPP-u mora postojati mogućnost odijeljenog uvođenja pojedinačnih hraniva i proizvodnje potrebne mješavine gnojiva specifične za određenu površinu tek za vrijeme samog rasipanja gnojiva. Višekomorni rasipači mineralnih gnojiva imaju sve preduvjete za takav proces. Pri konvencionalnoj upotrebi tekućeg gnojiva vozač mora na temelju tablica za doziranje izabrati prikladnu brzinu vožnje za željenu količinu hraniva tj. kubičnih metara tekućeg gnojiva po površini. Pri tome je važno održavati stalnu brzinu gibanja, pri čemu kao kontrola često služi samo tahometar traktora. Zbog neravnog terena ta brzina često ne odgovara stvarnoj brzini zbog čega je i učinkovitost deponiranja gnojiva razmjerno mala. Automatska prilagodba izbačene količine gnojiva pri nestalnoj brzini kretanja može uslijediti kroz regulaciju pogona crpke ili preko ventila i bypass sustava. Kod potpuno automatizirane regulacije željeno doziranje nadgleda uređaj za mjerenje protekle količine tvari. Kada previše tekućeg gnojiva dospije u otvore za aplikaciju, motor otvara bypass ventil. U načelu je izbacivanje hraniva putem tekućeg gnojiva povezano s navedenom jednadžbom: gdje je: Q – količina hraniva L – radni učinak N – sadržaj hraniva B – radni zahvat v – brzina gibanja.
Agrarna informacijska tehnologija Radni zahvat (B) je kod modernih tehnika deponiranja gnojiva unutar jedne pojedinačne površine uglavnom konstantna veličina. Obujam tvari, koju crpke s rotirajućim klipom ili ekscentrične pužne crpke izbacuju, konstantan je i neovisan o svojstvima supstrata. Stupanj hraniva (N) varira ovisno o vrsti životinje, prehrani, načinu uzgoja životinje i obradi tekućeg gnojiva. Mlaz tekućeg gnojiva ozračuju gama zrake koje pri tomu detektor registrira kao slabije ili jače. Izmjereni impulsi su proporcionalni gustoći tekućeg gnojiva. Mikrokontrolor za različite vrste tekućeg gnojiva izračunava količinu suhe tvari iz koje proizlazi stupanj hranjivosti. Zaštita bilja Redukcija raspršene količine na apsolutni minimum trebala bi smanjiti onečišćenje okoliša i potaknuti smanjenje upotrebe skupih sredstava. Potrebno je izbjegavati profilaktička tretiranja, dok je prijeko potrebnu aplikaciju potrebno provesti precizno. Pri donošenju odluke korisniku su potrebne opsežne informacije o razvoju nametnika, potrebnim sredstvima i njihovu djelovanju te ostalim utjecajima. Prilagodba terenu pri stalnoj apliciranoj količini (zadana količina) odvija se kod konvencionalne tehnike kroz prilagodbu tlaka. No, ova indirektna metoda dovodi do pogrešaka pri doziranju. Održavanje stalne brzine kretanja neizostavno je. Pri računalno upravljanim uređajima stvarna aplicirana količina mjeri se pomoću uređaja za mjerenje protoka tvari (mjerna turbina ili bolji induktivni mjerni aparat). Kod odstupanja od predodređene količine automatski se provodi korekcija tlaka. Na taj način moguće je točno i brzini kretanja prilagođeno doziranje tvari. Valjanost sustava ove vrste vrlo je visoka, čak i kod promjena u brzini od više od 30 % ona iznosi 95 %.
Agrarna informacijska tehnologija Regulacija aplikacije sredstava za zaštitu biljaka temelji se na sljedećoj načelnoj vezi: gdje je: Q – željeni utrošak po površini c – koncentracija tvari d – konstanta mlaza p – pogonski tlak v – radna brzina B – radni zahvat Strategije aplikacije kod SSPP-a zahtijevaju prilagodbu aplicirane količine pojedinačnoj površini i prilagodbu sastava korištene tvari (prema kartama zahvaćenosti bolešću/štetnicima) pomoću direktnog napajanja, te prognozne modele (meteorološka postaja, vanjski podatci, software). Pri trenutno uobičajenom načinu primjene sredstava za zaštitu biljaka sredstvo se u određenoj prosječnoj koncentraciji izbacuje iz spremnika, pri čemu stalna koncentracija gotovo da onemogućuje reagiranje na specifične vrste korova. Strojevi i uređaji za žetvu, berbu i siliranje krmnih kultura Strojevi i uređaji za žetvu i berbu Pomoću automatskog određivanja položaja i točnog mjerenja trenutnog prinosa (protok mase) moguće je nadalje odrediti strategije upotrebe gnojiva za pojedinačne površine. Na taj način kombajn postaje ključan stroj SSPP-a.
Agrarna informacijska tehnologija Načelno se prinos može utvrditi kroz mjerenje obujma, mase ili njezina protoka. Načelna povezanost vidljiva je iz sljedeće formule: gdje je: Ek – trenutni prinos Kt – prinos u spremniku za zrno qr – gubitci na otvoru za čišćenje qs– gubitci na pogonu za rezanje vw – stvarna brzina kretanja Bw – stvarna trenutna širina rezanja. Pritok zrna u spremište (Kt) mora, unatoč nastalim vibracijama, promjenama nagiba i brzoj promjeni svojstava ovršene tvari, biti točno obuhvaćen aparatima za mjerenje količine zrna. Kod volumetrijskog mjerenja zrna se transportiraju pomoću kotača s komorama, pri čemu se broji potreban broj okretaja. Kod ovog relativno jednostavnog mjernog postupka ipak je potrebna kalibracija pomoću određivanja gustoće zrna (masa u hektolitrima). Protok mase može se odrediti i izravno iz slabljenja gama-zraka pri protoku ovršenog zrna. Stvarna korištena širina rezanja (Bw) kombajna često se mijenja tijekom žetve i stoga se učestalo mora kontrolirati putem tastera ili ultrazvučnog mjerenja razmaka. Mjerenje gubitaka na otvorima za trešnju i čišćenje (qr) može uslijediti preko senzora odbojne ploče. Pri tomu senzori mjere zvučne valove koji nastaju zbog odbijanja odbačenih zrna o odbojnu ploču (za mjerenje zvučnim valovima izuzetno su prikladne neuronalne mreže (Fuzzy Logic). Stvarna brzina (vw) utvrđuje se putem radarskih senzora ili GPS-a. Trenutni prinos zrna Ek(t) vremenski se usklađeno spaja s odgovarajućim podatcima o položaju te pohranjuje.
Agrarna informacijska tehnologija Strojevi i uređaji za siliranje krmnih kultura Na temelju plodoreda u SSPP-u u obzir se moraju uzeti različiti strojevi za berbu. Struktura prinosa unutar pojedinih površina je stabilna; radi sigurnog omeđivanja potrebni su pak georeferentni podatci o prinosima za najmanje tri godine u slijedu. Na temelju količine prinosa i prinosa po površini (ha h-1) uz poznatu brzinu kretanja i konstantnu radnu širinu može se utvrditi prinos po površini. Problematično je on-line određivanje vlažnosti biljaka pri prikupljanju krme (i kod drugih postupaka), koje je potrebno za izračunavanje prinosa po površini u odnosu na dobivenu suhu tvar (ha-1). Samo se na taj način mogu uspoređivati različite vrste plodova.
Agrarna informacijska tehnologija TRENDOVI RAZVOJA INFORMACIJSKIH TEHNOLOGIJA U POLJOPRIVREDI Razvoj informacijsko-komunikacijskih tehnologija (ICT) omogućio je širok spektar primjene u svim područjima, pa tako i u poljoprivredi (mehanizaciji). Nakon faze koju je karakteriziralo ostvarenje monitoringa radnih parametara i efekata te faze automatskog mijenjanja parametara u skladu sa senzorom/senzorima identifikacijskih veličina, započela je treća faza razvoja inteligentnih sustava, koji u skladu s postavljenim zahtjevima definiraju, prate i korigiraju parametre rada, neovisno o rukovatelju. Pristup koji se danas naziva precizna poljoprivreda (Precision Farming – PA), ili još točnije – lokacijski specifična poljoprivredna proizvodnja (Site Specific Farming), određen je još u prvoj polovici dvadesetog stoljeća, a sastoji se u tome da se inputi primjenjuju u skladu s potrebama, odnosno, identifikacijskim resursima i antiresursima. Tek razvojem senzora i postupaka za precizno određivanje lokacije, krajem osamdesetih godina prošlog stoljeća stekli su se uvjeti za primjenu ove ideje u praksi. Precizna poljoprivredna proizvodnja ulazi u fazu primjene u mnogim područjima, te se već daju vrlo praktične upute za poljoprivrednike, čak i one koji obrađuju manje površine. Značajno sniženje cijena opreme za (D)GPS (Global Position System, Diferential GPS, uz korištenje signala referentnih zemaljskih stanica) omogućuje primjenu s odstupanjem i manje od jednog metra. Na raspolaganju su i besplatne mreže za osiguranje satelitske navigacije, bilo u vozilu ili koristeći ručni uređaj, primjerice kod određivanja uzoraka zemljišta. ICT između ostalog omogućuje monitoring i dokumentiranje proizvodnje, a uz pomoć odgovarajućeg GIS-a obradu podataka i vođenje radnog procesa.
Agrarna informacijska tehnologija Među novitetima na sajmovima (2004. – 2009.) u pojedinim slučajevima je i više od 50 % bilo u oblasti primjene ICT-a na strojevima. Prvi primjer su uređaji za navigaciju s odgovarajućim monitorima koji su već sastavni dio mnogih novih traktora velike snage. U kombinaciji s GPS-om to omogućuje automatsko ili poluautomatsko dovođenje u pravu putanju, primjerice, pri sjetvi ili distribuciji mineralnih gnojiva. Dodatni uređaj koji ovo olakšava, a primjenljiv je i na postojećim traktorima, sastoji se od niza horizontalno postavljenih lampica, koje paljenjem i gašenjem signaliziraju vozaču potrebu promjene putanje. Vozač nakon prvog prohoda samo treba definirati aktivnu širinu rada. Taj se uređaj naziva Light Bar Navigator – LBN. Drugi primjer low cost rješenja je korištenje klatna za utvrđivanje prinosa biomase tijekom gibanja traktora i uređaja. Klatno, cijev ovješena na dva užeta, postavljena je ispred traktora. U ovisnosti o prinosu biomase mijenjati će se otklon klatna. Na osnovi tog podatka dozira se odgovarajućim uređajem za primjenu količina biocida, odnosno hraniva, a u ovisnosti o prenijetoj funkciji. Ovaj uređaj može se primjenjivati i bez GPS-a, ali je neophodno da se koristi stroj koji tijekom rada mijenja količinu distribuiranog hraniva u skladu s potrebama biljaka, a oni su danas dostupni na tržištu.
Agrarna informacijska tehnologija Navigacijski sustav sa svjetlosnom trakom ugrađenom u kabinu traktora.
Agrarna informacijska tehnologija Suvremena mehanizacija nalazi ekonomski opravdanu primjenu na velikim farmama. Može se primjenjivati i na srednjim, ukoliko su parcele velike, ali tada se mehanizacija mora koristiti i izvan vlastitog gospodarstva da bi njezina primjena bila isplativa. Analiza tla i definiranje potreba u hranivima već je u tijeku uz primjenu GPS-a za definiranje mjesta uzorkovanja. Ipak, nedostaju suvremeni strojevi za distribuciju mineralnog gnojiva, kao i gnojiva odgovarajuće kvalitete. Većina velikih farmi koristi suvremenu tehniku za zaštitu bilja, ali još uvijek ne uz poštivanje svih ekoloških zahtjeva. Poseban nedostatak je odsuće testiranja strojeva. Na malim posjedima zaštita bilja provodi se uglavnom na ekonomski i ekološki niskoj razini. Nedostaje obuka farmera, ali i odgovarajuća prijelazna rješenja jednostavnijih i jeftinijih strojeva, koja bi bila ipak korak naprijed u odnosu na postojeće stanje. U području ubiranja proizvoda situacija je slična. Velike farme primjenjuju suvremene strojeve, i to na ekonomski opravdan način, uz vođenje računa o zaštiti životne sredine. Nedostaju dovoljno kvalitetna rješenja uređaja za ubiranje na malim i srednjim posjedima. Uslužno obavljanje žetve suvremenim strojevima otežano je zbog fragmentacije posjeda i velikih transportnih udaljenosti. To otežava i primjenu primjerice suvremenih kombajna za vađenje šećerne repe, koji bi bili u vlasništvu šećerana jer su veliki gubitci pri premještanju s jedne na drugu lokaciju. Tek okrupnjavanjem parcela ili dogovorne proizvodnje nekoliko vlasnika steći će se uvjeti za ekonomski opravdanu primjenu i veći dohodak (machinen ring).
Agrarna informacijska tehnologija Zbog duljine proizvodnog ciklusa poljoprivreda je u posebnoj situaciji zbog niskog koeficijenta obrta kapitala i ovisnosti o agroekološkim, prije svega klimatskim uvjetima. Stoga sve razvijene zemlje, u većoj ili manjoj mjeri, direktno ili indirektno, subvencijama i drugim mjerama, podupiru poljoprivrednu proizvodnju iz ekonomskih i strateških razloga. Svjetska trgovinska organizacija (WTO) konstantno nastoji da se subvencije, u skladu s javno i globalno definiranim pravilima, svedu na najmanju mjeru ili ukinu. Poljoprivredna proizvodnja, prije svega stoga što se provodi na velikim površinama, predstavlja i ekološki problem, kojem se posvećuje sve više pažnje. Tako je Europska Unija Agendom 2000 definirala da će sve veći udjel u subvencijama imati dio posvećen smanjivanju negativnih efekata za životnu sredinu, a on sada iznosi 10 %. To razumijeva zaštitu prirodnih resursa, tla, vode i zraka, ali i očuvanje biodiverziteta. Cjelovita tehnologija proizvodnje hrane, od sjemena do stola, tako zaista postaje kompleksna i multidisciplinarna. Sinergijski pristup postaje neophodan, pa se i u području poljoprivrednog inženjerstva sve više primjenjuje. Industrija poljoprivrednih strojeva, zasnivajući se na postavljenim zahtjevima i istraživačko- razvojnim dostignućima, definira proizvode potrebne suvremenoj poljoprivredi.
