«Полевой» Интернет вещей

    По прогнозам, ближе к 2050 году для питания человечеству понадобится на 70% больше продуктов, чем сегодня. Но ухудшающаяся экологическая ситуация, рост стоимости энергоносителей и падение плодородности земель станет серьезным препятствием для производства необходимого количества продовольствия. Решить эти проблемы можно путем изменения методов ведения сельхоздеятельности, в частности внедряя новейшие технологии и инновационные решения, наподобие концепции Интернета вещей.



    «Умное» поле, какое оно?


    Несмотря на то, что сельское хозяйство из-за специфики производства кажется многим довольно консервативной отраслью, она одна из первых начала использовать IT-технологии, и, в частности, Интернет вещей (Internet of Things, IoT). Напомним, под IoT понимается глобальная концепция взаимодействия и обмена информацией различными устройствами, машинами, системами посредством Интернета. Она позволяет снизить на некоторых этапах производства продукции участие человека, путем автоматизации процесса и его контроля посредством различных «умных» устройств.

    Как показывают исследования, активнее всего IT-технологии применяются в полевом земледелии при выращивании зерновых культур. С использованием «умных» устройств стало возможным внедрение т.н. «точного земледелия» — управления продуктивностью посевов c учётом изменений в среде обитания растений. В конечном итоге, это дает возможность решить две главных задачи сельхозпроизводителей — повышение урожайности и сокращение издержек. Впрочем, подобные инновации пока только набирают популярность. По данным Министерства сельского хозяйства США (USDA), в среднем, уровень использования тех же технологий точного земледелия в этой стране составляет от 30% до 50%, в зависимости от региона. А это, заметим, одна из ведущих стран по использованию IT-технологий различных отраслях.



    Тем не менее, аналитики из Goldman Sachs Group утверждают, что большинство стран, активно развивающие свое сельское хозяйство, плавно переходят из «аналога» на «цифру». По их прогнозам, применение новых технологических решений способно увеличить мировое сельхозпроизводство на 70% к 2050 году, что принесет дополнительной сельхозпродукции почти на $800 млрд.

    Менять технику и инфраструктуру


    Но для того, чтобы все это сработало, нужны иные машины и агрегаты. И надо отметить, что их производители массово начинают переходить на выпуск продукции, которая сможет стать частью IoT. Ведущие мировые компании, работающие в сфере агромашинопроизводства, уже строят свои стратегии развития исходя из потребности диджитализации и автоматизации большинства сельхозпроцессов. Показательным в этом контексте является пример Германии, которая на госуровне взяла курс на диджитализацию промышленности.



    Стоит отметить, что в целом, Европа пока что отстает от США по уровню применения «умных» устройств в АПК. Несмотря на то, что в ЕС около 80% сельхозтехники уже продается с навигационными системами, фактически подключены к сети не более 30%. Причиной этому является намного меньшая, чем у США, доля больших фермерских хозяйств. В Европе преобладают мелкие семейные фермы, которые уже имеют достаточно техники и не спешат менять ее на «умную», а значит, более дорогую.

    На постсоветском пространстве, в частности, в странах активного сельхозпроизводства (Россия, Украина, Беларусь, Казахстан) основные пользователи новых технологий — крупные агропромышленные комплексы, как правило, с частным капиталом. Главными препятствиями использования «умных» устройств в агросекторе этих странах, помимо финансовой составляющей, является недостаточное развитие инфраструктуры и покрытие беспроводной связи 3G/4G, а также достаточно большая энергоемкость существующих технологий. Однако перспективы, которые сулит операторам мобильной связи внедрение IoT-технологий в АПК (увеличение объема услуг связи, трафика, клиентов и т.д.), рано или поздно заставит их перестроить сетевую инфраструктуру. Вполне возможно, что сильным толчком к этому станет ожидаемое появление к 2020 году нового стандарта связи 5G.

    Автоматизация всего и вся


    Какие же «прорывные» решения может дать Интернет вещей для агросферы? Помимо основных — повышение урожайности и сокращение издержек, с помощью IoT-устройств можно внедрять целый набор других решений, непосредственно влияющих на процесс производства сельхозпродукции. Сюда можно отнести дистанционное управление сельхозтехникой и технологическими операциями, контроль различных процессов и состояний и многое другое.

    Беспилотные сельхозмашины по специальной программе способны в автоматическом режиме осуществлять как обработку почвы, так и уборку урожая. Их применение позволит автоматизировать практически весь сельскохозяйственный цикл. При этом могут использоваться не только наземные «беспилотники», но и летательные аппараты. Вооруженные специальными камерами и высокочувствительными сенсорами, они способны за короткий промежуток времени проинспектировать поля больших размеров. Собранная ими информация позволит создавать электронную 3D-карту полей, рассчитывать показатели для внесения удобрений, осуществлять контроль за работой транспорта и сельхозмашин, охрану угодий и т.п. Также немало решений касается переработки и хранения сельхозпродукции. Автоматизация этих процессов позволяет уменьшить затраты на персонал и улучшить условия хранения собранного урожая.



    Как видим, здесь особая роль отводится датчикам и сенсорам. Особенности конструкции и работы этих устройств позволяет размещать их на значительных расстояниях и через сеть, безвыездно, получать информацию о состоянии различных полей и культур, в частности, параметры влажности, температуры, уровень засоренности сорняками, фазы роста и т.п.

    Но для получения такой информации в соответствующем регионе (местности) должна быть устойчивая беспроводная связь, качество которой позволяет обеспечить бесперебойную работу задействованных в системе IoT-устройств. Не менее важным является взаимодействие между всеми участниками IoT-системы: производителями, поставщиками соответствующих устройств и услуг, разработчиками приложений и решений, их пользователями, и, конечно же, самими «умными» устройствами. Площадкой, объединяющей их всех под одной «крышей» и дающей возможность «общения» является соответствующая IoT-платформа — центральный компонент экосистемы IoT.



    IoT-платформы: от аграрных до социальных


    Во время реализации IoT-решений, в силу взаимодействия участников IoT-системы между собой, всегда будет формироваться некая экосистема партнеров. IoT-платформа выступает в качестве посредника, с помощью которого устройства и компоненты системы могут обмениваться данными.

    Кроме того она позволяет развивать пользовательские приложения и сервисы. Это очень положительно будет влиять на использование возможностей IoT непосредственно пользователями — фермерами или персоналом сельхозпредприятий. Используя интерфейс IoT-платформы и общую инфраструктуру, с помощью специальных конструкторов пользователи системы получат возможность создавать свой продукт и внедрять собственные инновации. Так, например, любой фермер сможет самостоятельно заменить «ручной» процесс анализа качества почв, воды, погодных условий в конкретном участке его угодий системой мониторинга посредством формирования задачи через конструктор приложений. То есть, путем добавления соответствующего модуля конструировать практически любой набор нужных конкретному фермеру решений и делиться ими на платной или безвозмездной основе с другими.



    При этом, наличие общей платформы как бы «социализирует» созданное ими решение, делая его доступным другим потребителям. А это уже будет означать плавный переход к глобальным многопользовательским платформам, основой которых является гармоничная синергия трех компонентов: социального, контентного и аппаратного, получившим название социальных IoT-платформ (SIoT). Немало экспертов считают, что будущее «умного» сельского хозяйства именно в таких платформах, при этом одним из решающих факторов популяризации Интернета вещей, в том числе и для аграрной отрасли, будет социальная составляющая.

    В любом случае, мировой тренд на повышение количества продовольствия дает аграрной отрасли хороший шанс за короткое время превратиться из традиционно консервативной в высокотехнологичную, способную впитать в себя те инновационные решения и разработки, которые предлагает сегодня концепция Интернета вещей.
    Unet 57,46
    Социальная IoT платформа
    Поделиться публикацией
    Похожие публикации
    Комментарии 21
    • +2
      Извините, конечно, но откуда
      рост стоимости энергоносителей
      ??? (2050?)
      • 0
        Если опустить идею тотального перехода на возобновляемые источники энергии, то стоимость полезных ископаемых будет увеличиваться по мере их уменьшения. Увеличение количество обитателей планеты + повышение уровня жизни неизбежно приведут к затратам большего количества энергии.

        С энергией как с деньгами, чем больше есть тем больше тратишь.
      • 0
        В настоящий момент нет адекватных датчиков, которые не требовали бы «ручного» присутствия при анализе…
        • 0
          Эта проблема исчезнет по мере распространения IoT.

          По мере развития любой отрасли, в которую вовлечен социум, технологии становятся не только более надежные, но и более простыми в использовании. Очень легко это проследить на примере развития мобильных телефонов.
        • 0
          Только при условии открытой платформы, открытого ПО, открытых протоколов. Иначе будут те же грабли — geektimes.ru/post/287192
          Почему американские фермеры обходят DRM тракторов украинской прошивкой — анализ ситуации
          • 0
            Решить эти проблемы можно путем изменения методов ведения сельхоздеятельности, в частности внедряя новейшие технологии и инновационные решения, наподобие концепции Интернета вещей.

            Может просто перестать давить будьдозерами сыр, помидоры и хамон, а барыгам перестать задирать цены в магазинах на продукты с истекающим сроком годности и при этом ежедневно выбрасывать на свалки гигатонны ещё съедобной «просрочки»? И всё, проблемы нет.
            • +1
              ежедневно выбрасывать на свалки гигатонны ещё съедобной «просрочки»
              Это не барыги, это санитарный контроль. Барыги и рады бы ничего не выбрасывать :)

              А вообще все уже украдено придумано до нас: гуглите «foodsharing».
              • –1
                ГМО спасет мир. Кинул семечко в песок, выросло, кинул в снег выросло, кинул в море, тоже прорастет, только ходи да урожай собирай. И никаких иот технологий, программистов с++, датчиков, коптеров, блокчейна и прочих высокозатратных пунктов в производстве не потребуется.
                • +1
                  Э-э…
                  Вы меня на всякий случай простите, если у меня сарказмометр где засбоил.
                  Но если вы всерьез, то вы сильно переоцениваете возможности ГМО, да и вообще биологических организмов. Тут, ровно как в любой инженерии, куча взаимосвязанных параметров, за один потянешь, остальные тоже поедут. Хотите рвать всех со светофора — забудьте об экономии горючего. Нужен крупный калибр на борт — извольте увеличить водоизмещение. Семечко в песке прорастет, не вопрос: но урожая с этого суккулента будет ровно столько же, сколько наплачет котик, на тот урожай глядючи. И никакие модификации не помогут, потому что даже CRISPR-Cas отменять законы сохранения в обозримой перспективе не научится.
            • 0
              Кто занимается с/х не на огороде, подскажите, какая область затрат самая тяжелая? Интитивно понятно, что куча датчиков и взаимодействующие роботы могут повысить урожайность, но вот с рентабельностью все совсем не ясно.
              • +1

                Самая "тяжёлая" статья затрат это топливо и удобрения. Эффективное внесение удобрений — один из пунктов точного земледелия. Перед внесением, например, аммиачной селитры, настройка выполняется вручную. Если мощность разбрасывателя еще может быть учтена автоматом, то влажность селитры и размер гранул на глаз определяет агроном. Или вот топливо — это проблема. Проблема датчиков. Те, что есть на рынке либо неточные, либо быстро ломаются. Например, уровневые дают большую погрешность и чем бак больше, тем и погрешность больше. На баке тяжёлого трактора точность 20 литров считалась бы относительно неплохой. Но с экономической точки зрения это бестолково. Я еще не учитываю температурное расширение. Проточные датчики быстро ломаются. А штатные проточные имеют низкую точность. Например, компания, где я долго работал, покупает много техники Джон Дир. Это даёт ей право участвовать в процессе разработки. Удалось получить хронометражные данные завода по проточным датчикам (была целая эпопея). Так вот завод говорит о погрешности 7-10%. То есть для экономического анализа и планирования данные, скажем, не идеальные.
                Можно вспомнить множество вопросов по, практически, каждой техоперации. О них знают все агрохолдинги. И каждый из них пытается решать задачи своими силами.
                Таким образом, идеализированные проекты по автоматизации упираются, зачастую, в банальные "аналоговые" технические проблемы, далёкие от ИТ. И многим проблемам не один десяток лет.
                Как по мне, то главные "виновники" тут производители сельхозоборудования, которые изначально не предполагают, что их техника будет частью сложной системы. Низкая точность датчиков, закрытые протоколы, "уникальные" как-шины у бортовых компьютеров. Нет такого единого стандарта и производители в нем не заинтересованы, так как у многих съем данных осуществляется через подписку с арендой серверов.
                В общем, оптимизма здесь не густо.

                • 0
                  Спасибо за разъяснение. А ставят ли производители задачу повышения точности и можно ли подать в рекламе точность датчика уровня топлива как конкурентное преимущество?
                  В порядке бреда, идеи датчиков уровня\расхода
                  Единственный недостаток, который я вижу — непонятно, как их сделать дешевле доллара
                  1. Добавка флуорофора в топливо, на выходе из бака дохлый лазер и фотодатчик
                  2. Точечный источник света и линейный сенсор как в сканере. При разном давлении меняется лучепреломление и соответственно положение максимума на сенсоре
                  3. Вытеснительная схема: в бак ставится упругая мембрана, с одной стороны которой топливо, а с другой избыточное давление газа, в итоге, чем меньше топлива, тем сильнее растянута мембрана. Показания снимаем тензодатчиком или манометром.

                  А проблемы закрытых и несовместимых стандартов никуда не ушли, с IoT они только множатся.
                  • 0
                    Я участвовал в общении с представителями Джон Дира, как представитель одной из служб компании. На счет повышения точности датчика у них был довольно простой ответ: «Мы поставим это в планы на будущее, но пока есть более приоритетные вопросы». Вроде, как и не отказали…
                    По улучшению действующих датчиков уровня тут есть несколько «но».
                    Те, что стоят сейчас, реализованы в виде штыря, для которого делается отверстие в баке. То есть, монтаж может выполнить любой автомеханик. Да и стоимость их относительно низкая. Баки зачастую имеют сложную конфигурцию. Например, у тех же тяжелых тракторов или комбайнов они могут представлять собой две емкости на 400-600 литров неправильной формы, соединенные трубами. Чтобы компенсировать раскачивание техники на ухабах, ставится 4 (минимум) датчика и их уровни передаются поотдельности на сервер, где «математика» рассчитывает их усредненный показатель уже не в разрезе датчика, а единицы техники. На предприятии достаточно вкрутить 4 штыря в баке и подключить к микроконтроллеру. Это делает местный слесарь под надзором инженера. То есть, установка и замена не затратны. Кроме того, есть такой момент: большая и дорогая техника находится на гарантии производителя и любое вмешательство в конструкцию требует согласования их сервисного центра. Короче, еще тот геморой. В общем, на серьезное изменение конструкции никто не пойдет.
                    По топливу похожая ситуация. Так как топливная система на гарантии, то в случае поломки необходимо показать, что топливо соответствовало определенным стандартам. Сертификаты дают поставщики ГСМ. И если в горючем будут примеси, то гарантия «слетает» на всю единицу техники. Если учесть, что не гарантийный капремонт топливной системы на современных импортных тракторах будет стоить десятки тысяч долларов, то оно того не стоит.
                    Я еще добавлю, что нашумевшая ситуация с украинской прошивкой американских тракторов — это лишь часть проблемы. Ремонт стоит дикие деньги. Чтобы их не платить, должна быть гарантия, которая, в свою очередь, ставит очень жесткие требования ко всем расходникам и запчастям. Просто у американских фермеров выбора особого нет. Но вот аналогов среди европейских производителей можно найти достаточно, и намного дешевле. Но использовать их нельзя…
                  • 0
                    Уровневые датчики действительно страдают от размера бака, но чем больше бак, тем больше датчиков нужно. Это логично если подумать о том как ведет себя жидкость. Большее кол-во датчиков в разных местах бака позволят высчитать среднее кол-во топливо гораздо лучше.

                    Непонятен Ваш аргумент про 20 литров на тяжелом тракторе. На Бюлере который тратит по 10 тонн топлива в неделю у которого 1 тонна в баке и который заправляют как минимум раз в день, отклонение в 20 литров было бы смешным, о какой экономической бестолковости речь, о Вашей может? Не хочу обидеть, но аргумент действительно пахнет бестолковым.

                    Про погрешность штатных датчиков действительно ходят легенды, но те же уровневые позволяют снизить погрешность до 3% в среднем, до 1% при хорошей установке и калибровке. На рынке есть замечательные датчики, но их точные показания зависят от правильной установке в правильном месте и качественной калибровке.
                    • +1
                      20 л Бюлера на бак или на неделю? Когда я говорю про 20 литров на тяжелом тракторе, это означает что в баке количество топлива в настоящий момент = «показания датчика» ± канистра. Сколько таких «канистр» набегает за сезон? И как спанировать затраты на гектар? Любой механизатор знает десяток способов, как слить топливо с трактора. Нельзя все перекрыть и нельзя поставить у каждой машины охранника (это, в принципе, бесполезно). Остается надежда на датчики. А они не дают достоверную и достаточную для принятия решения информацию. Может, тракторист и не сливает, а ведет машину или агрегат в неправильном режиме. Агроном не будет по полю с линейкой бегать и проверять заглубление агрегата, потому что поле может быть 100-200 га, а таких полей в одновременной обработке несколько. Да просто может быть топливная неисправна.

                      Если у холдинга 700 тыс.га, то такие погрешности вылезают в миллионы долларов. И даже заявленная точность недостаточна. Те же 20 литров на 800 л бак — это 2,5%. Вроде и не много. А если посчитать 2,5% от 1000 га на глубохом рыхлении — то это, примерно, тонна. Представим себе, что предприятие имеет 150 тысяч га. Половина земли под рыхлением. Так мы получим «погрешность» 75 тонн солярки в год. Это только одна техоперация. Есть и другие, хоть и менее затратные, но их много: например, боронование, посев, внесение удобрений, опрыскивание. Некоторые идут в два захода. Потом обмолот и транспортировка.

                      Можно считать мои аргументы бестолковыми, но они базируются на опыте работы в агрохолдинге с 2008 по 2016 г.г., где привыкли считать деньги и эксперименты с удаленным контролем начались еще в 2010 году.
                      • +1
                        Могли бы еще изучить советский опыт контроля за топливом. Когда механизаторов, водителей начинают зажимать, то вдруг техника начинает часто ломаться, сводя на нет всю теоретическую экономию.
                  • 0
                    Полагаю, что если еще раз сто повторить IoT то урожайность и удои увеличится раза три. В стать толком кроме беспилоток, которые позволяют оценить увлажненность почвы и всхожесть посевов нет толком описания ни одной технологии. А упомянутая куча датчиков на тех же беспилотках это надо понимать видекамера и гороскоп с жпской
                    • +1
                      Вот ещё такой вопрос, а кто все это будет обслуживать?
                      Вся эта мнимая прибыль от высокотехнологичности уйдет на зарплаты ИТ-спецов и прочие издержки содержания инфраструктуры.

                      При том, что вся проблема, как выше уже сказали, в отсутствии необходимых датчиков. Были бы подобные датчики, их бы и проводами километровыми соединили без всяких IoT.
                      • 0
                        Как по мне, проблемы с недостатком питания преувеличенны. Посмотрите на Голландию и на то, сколько продуктов она экспортирует.
                        • 0
                          Большая часть обсуждаемых в обществе проблем оными не являются, а вот реальные проблемы принято умалчивать и скрывать (для этого фантомные проблемы и нужны).
                        • +1
                          IoT на самом деле уже давно используется в сельском хозяйстве в виде установленного множества разнообразных датчиков на сельхозтехнике(GPS трекеры, датчики уровня топлива, расходомеры, идентификация орудия, водителя), в полях(метеостанции, датчики влажности и температуры почвы), хозяйства(контроллеры на весовых, видеокамеры) и т.д. Весь этот массив данных, который снимается с выше перечисленных устройств успешно обрабатывается сервером и выводит руководителю и не только оперативную информацию в виде готовых разнообразных отчетов.

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое