Princip precizního zemědělství

Možnosti využití systému precizníhozemědělství vpodmínkách ČR

Possibilities of Using Precision Farming System in Agriculture of the Czech Republic

Prof. Ing. Miroslav Kavka, DrSc.

Ing. Bohuslav Pošar

Doc. Ing. Adolf Rybka, CSc.

ČZU v Praze

Doc. Ing. Ladislav Nozdrovický, CSc.

Slovenská poľnohospodárska univerzita vNitre

Úvod

Výroba zemědělských produktů v rostlinné produkci je spojená s vlivem náhodných faktorů. Mezi těmito faktory rozhodující místo zaujímá půdní prostředí, které podstatným způsobem determinuje růst rostlin. Přesto, že heterogenita a prostorová proměnlivost půdního prostředí jsou všeobecně známé, tato skutečnost se dosud velice málo projevovala v řídící činnosti, zaměřené na ovlivňování podmínek růstu a vývoje plodin pěstovaných na půdě. Celý systém operací tradičního konvenčního zpracování půdy, vztažený na pěstování určité konkrétní plodiny totiž vnímá pole jako homogenní jednotku. Takovému pojetí následně odpovídá způsob hnojení, respektive ochrany rostlin nebo setí, v rámci kterého je aplikována uniformní dávka hnojiva, resp. chemického přípravku, resp. výsevek.

Významným trendem, který působí proti všeobecně zažitým způsobům uniformního hospodaření na půdě je snaha důsledně respektovat požadavky rostlin a konkrétní stav půdního prostředí a též obecná snaha šetrného hospodaření na půdě sracionálním využitím vstupů. Velmi silně působí též požadavek na snižování nákladů, souvisejících spěstováním rostlin a zvláště jejich konkurenceschopnost na trhu. Současně je potřeba zohledňovat skutečnost, že technický vývoj strojů pro sklizeň a aplikaci určitého materiálu na pole zároveň přinesl možnost monitorování výnosů a automatickou regulaci dávkování. Tyto trendy by působily individuálně a neúčinně, kdyby technický pokrok nezaznamenal určitý spojovací prvek, kterým se stala lokalizace přesné polohy objektu, pohybujícího se po poli (viz dále systém GPS). Uvedené tendence vedly kvzniku nového systému hospodaření na půdě, který vsoučasné době označujeme jako systém přesného hospodaření (v anglické terminologii Precision Farming = precizní zemědělství).

Princip precizního zemědělství

Podle definice Americké společnosti zemědělských inženýrů ASAE, základním cílem precizního zemědělství je "Usměrňovat vstupy a technologie v závislosti na lokálních podmínkách v rámci pole tak, aby bylo možné vykonat správný zásah na správném místě ve správném čase a správným způsobem”. Někdy je takovýto přístup nazýván lokálně cíleným hospodařením a schéma takovéhoto přístupu je uvedeno na obr. 1.

Z obr. 1 vyplývá, že důležitým kritériem k posouzení stavu lokalit na pozemcích je výnos, resp. výnosová mapa, která odráží půdní potenciál a dává první informace o pozemku. Výnosová mapa však krealizaci precisního hospodaření nestačí. Nutno ji doplnit o další mapy a to zejména mapy zásoby živin, půdní reakce, druhu půdy, utuženosti půdy, výskytu chorob a škůdců aj. Součástí mapování je též určování hraničních linií pozemků, resp. určování velikosti a tvaru pozemku.

Za pomoci modelů a agronomické interpretace dat lze takovéto informace ve vzájemné korelaci zpracovávat a vytvářet tzv. aplikační mapy hnojení, ochrany, výsevku nebo přípravy půdy, které jsou základem řídících strategií palubních systémů strojů pro aplikaci hnojiv, pesticidů nebo pro setí a přípravu půdy.

Princip globálního navigačního systému GPS a DGPS

Globální navigační systém GPS (Global Positioning System) je navigační systém vyvinutý v USA původně pro vojenské účely. Po dlouhá léta byl využíván kromě vojenství a v letecké a námořní dopravě. Pro jiné obory byl dlouho nedostupný ze strategických a finančních důvodů. V posledních letech došlo díky technologickému pokroku kminiaturizaci GPS přijímačů, ke snížení jejich ceny a tím většímu rozšíření mezi uživatele. Navigace GPS nachází nyní stále větší uplatnění při mnoha aktivitách. Využívají ji orgány státní správy, bezpečnostní složky, dopravci, hasiči, geologický a radiační průzkum, motoristé, turisté a cestovatelé, horolezci, zemědělci, rybáři, houbaři, vodáci, námořníci, letci i radioamatéři.

Princip GPS je založen na vysílání signálu navigačními družicemi, jeho příjmu a zpracování přijímači GPS. Zemi obíhá na velmi přesných drahách 24 navigačních družic ve výšce 20000 km. Sklon jejich dráhy vzhledem k rovníku je 55 stupňů a doba oběhu je 12 hodin. Družice jsou vlastně radiovými majáky na oběžné dráze, které nepřetržitě vysílají informace o své poloze na kmitočtu 1,5 GHz. GPS přijímač na Zemi dokáže tyto informace přijmout a dekódovat a zobrazit přesnou polohu.

Protože systém GPS je určen pro vojenské účely, běžný uživatel GPS měří polohu schybou 50 až 100 m. Takováto chyba je pro potřeby precizního zemědělství příliš velká a proto ksatelitní navigaci strojů nebo měřících přístrojů na poli nutno použít technologii DGPS (Diferential Global Positioning System).

Termínem diferenční GPS nebo zkráceně DGPS jsou označovány systémy, které kromě signálu GPS jsou schopny přijímat diferenční signál zpozemní stanice. Tato stanice zná svojí polohu a dovede rozpoznat chybu, kterou je záměrně zatěžován systém GPS a odchylky od zemské šířky a délky vysílá pro potřeby přijímačů DGPS pohybujících se vterénu, např. na zemědělských strojích. Přesnost určení polohy v systému DGPS je do 5 m, což je přesnost postačující pro realizaci precizního hospodaření na půdě.

Diferenční signál je v ČR možno získat buď příjmem vpásmu dlouhých vln na kmitočtu 111,8 kHz. z vysílače vPoděbradech nebo prostřednictvím světové sítě diferenčních stanic RACAL, původně určených knavigaci lodí. První způsob je levný (cca 5000 Kč na čtvrtletí), ale vysílací časy nejsou pro zemědělství přijatelné. Druhý způsob je vsoučasné době spolehlivější, ale roční licence stojí cca 1200 DEM (22000 Kč za rok).

Zkušenosti stvorbou výnosových a aplikačních map

V rámci disertační práce byl v roce 1997 na katedře využití strojů ČZU vPraze uveden do provozu systém pro tvorbu výnosových map pozemků. Kměření byla použita sklízecí mlátička Claas Mega 208 a palubní počítač tzv. modul ACT (Agro Com Terminál).

Palubní počítačfirmy Claas - "Modul ACT” je určen k dodatečnému vybavení již stávajících sklízecích mlátiček, ale i ostatních zemědělských strojů. Obecně lze nainstalovat na jakýkoliv typ sklízecí mlátičky. Spolu se systémem určování polohy GPS popř. DGPS a senzory snímajícími okamžitý výnos zrna, jeho vlhkost a příčný náklon stroje umožňuje sběr dat pro výnosové mapy. Dle nainstalovaného programu v palubním počítači je možné vytvářet výnosové mapy pozemků, jeho hraniční linie, bezdrátově propojit stroj sřídícím pracovištěm, či odebírat půdní vzorky, lokalizovat polohu. Modul ACT také umožňuje řídit celý proces aplikace vreálném čase na pozemku vzávislosti na poloze dle aplikační mapy.

Údaje o okamžitém výnosu zrna jsou korigovány čidlem příčného náklonu stroje, které je umístěno uprostřed přední nápravy sklízecí mlátičky na speciálním držáku, zamezujícímu poškození čidla. Dle velikosti náklonu stroje na svahu jsou korigovány údaje z výnosového čidla.

Vlhkostní senzor je umístěný na spodní straně konce šnekového dopravníku vzásobníku sklízecí mlátičky. Při instalaci tohoto čidla bylo nutné vyříznout otvor vplášti šnekového dopravníku o velikosti přibližně 50 x 120 mm. Zároveň bylo nutno vtomto místě snížit průměr šneku o cca 50 mm. Tyto úpravy neměly žádný vliv na funkci dopravníku.

Pro příjem satelitního signálu GPS a diferenčního signálu DGPS, slouží kombinovaná anténa. Signál zantény je veden přímo pomocí koaxiálních kabelů do modulu ACT.

Palubní počítač byl umístěn v kabině sklízecí mlátičky. Prostřednictvím rozhraní byl připojen na stávající kabelové vedení a na nové vodiče vedoucí od nově nainstalovaných čidel.

Takto zapojený počítač umožňuje řidiči získat zobrazovky informace o:

zároveň jsou na displeji zobrazovány okamžité údaje o:

Údaje o výnosu a pozici stroje na poli byly ukládány a pomocí PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) čipové karty ovelikosti 1 MB přenášeny do osobního počítače knáslednému zpracování.

Naměřené výsledky byly zpracovány pomocí programu Agromap Basic a výsledky jsou uvedeny na obr. 2 až 4. Program je složen zedvou částí. První obstarává správu zakázek a datovou komunikaci mezi externím datovým nosičem. Ve druhé uživatel vytváří výnosovou mapu pozemku, hraniční linie a mapu hnojení. To vše je možné nad příslušnou topografickou mapou. Datová výměna mezi programovými díly je tvořena prostřednictvím společné databáze.

Obr. 2: Výnosová data vsystému DGPS

Zobrázku 2 lze snadno určit způsob jízdy sklízecí mlátičky po pozemku při sklizni. Jednotlivé body představují místa, kde jsou zaznamenány výnosová data.

Z výnosových dat byla vytvořena výnosová mapa pozemku. Následující obrázek (obr. 3) znázorňuje výnosovou mapu pozemku. Při tvorbě výnosové mapy je matematickým výpočtem rozpočítána velikost výnosů vjednotlivých částech pole a jsou zobrazeny dle zadané hodnotové škály. Zároveň je možné zobrazit statistické údaje týkající se výnosu a sklizené plochy.

Znázorněné výnosové mapy krealizaci přesného hospodaření nestačí. Jsou ovšem vhodným a relativně levným prostředkem jak určit místa srozdílným výnosem a dle těchto informací zvolit následující postup.

Mapa výnosu představuje částečně úrodnost půdy, výskyt chorob a škůdců a dalších vlivů. Tyto vlivy, které působily na výnos je nutné zmapovat a určit jakou měrou se na výnosu podílely. Pokud máme přesnou lokalizaci místa na pozemku lze zaznamenávat jednotlivé vlivy jednotlivými měřeními. (např. utužení půdy, odebírání půdních vzorků) vurčitých místech nebo snímkováním výskytu plevelů.

Podle zjištěných skutečností lze zvolit takový postup, který by ušetřil náklady vynakládané především na hnojení a ochranu rostlin. Obrázek 4 znázorňuje možnou aplikační mapu hnojení.

Stvorbou aplikačních map má vČR zatím největší zkušenosti firma MJM s.r.o. Litovel, která kjejich tvorbě využívá systém Soilection. Princip je založen na mapování zásob živin, druhu půdy a půdní reakce. Výkonné aplikátory typu Terra Gator zajišťují diferencované hnojení dle okamžitého stavu na dané lokalitě pozemku.

Obr. 3: Výnosová mapa pozemku

Obr. 4: Aplikační mapa

Závěr

Precizní zemědělství je jednoznačným trendem pro 21. století v zemědělství. Stále více budou precizovány vstupy a technologie v závislosti na lokálních podmínkách jednotlivých pozemků. Jedná se o systematický trend výrazného uplatnění informačních technologií do řízení zemědělských farem. Vývoj precizních systémů v je celosvětově považován za inovační předěl v oblasti využití techniky v zemědělství. Vyspělé země západní Evropy, USA, Kanada a Austrálie orientují svoji pozornost jednoznačně tímto směrem. Daná problematika se stává proto téžu nás předmětem zájmu výzkumných pracovišť a lze předpokládat postupnou realizaci vzemědělství ČR.

Souhrn

Významným trendem, který působí proti všeobecně zažitým způsobům uniformního hospodaření na půdě je snaha důsledně respektovat požadavky rostlin a konkrétní stav půdního prostředí a též obecná snaha šetrného hospodaření na půdě s racionálním využitím vstupů. Velmi silně působí též požadavek na snižování nákladů, souvisejících s pěstováním rostlin a zvláště jejich konkurenceschopnost na trhu. Současně je potřeba zohledňovat skutečnost, že technický vývoj strojů pro sklizeň a aplikaci určitého materiálu na pole zároveň přinesl možnost monitorování výnosů a automatickou regulaci dávkování. Tyto trendy by působily individuálně a neúčinně, kdyby technický pokrok nezaznamenal určitý spojovací prvek, kterým se stala lokalizace přesné polohy objektu, pohybujícího se po poli (systém GPS). Uvedené tendence vedly kvzniku nového systému hospodaření na půdě, který vsoučasné době označujeme jako systém přesného hospodaření (v anglické terminologii Precision Farming = precizní zemědělství). Vpříspěvku jsou vysvětleny základní principy a prvé zkušenosti s tvorbou výnosových map a určováním polohy strojů na pozemcích.

Použitá literatura

McBRATNEY, A.B.-PRINGLE, M.J.: Spatial variability in soil implications for precision agriculture. In Proceedings of the First European Conference on Precision Agriculture. Vol. I Spatial variability in soil and crop. BIOS Scientific Publishers Ltd, SCI, 1997, str. 3-31.

MACK, G.: Precise positioning for Agriculture. In Proceedings of the First European Conference on Precision Agriculture. Vol. II Technology, IT and Management. BIOS Scientific Publishers Ltd, SCI, 1997, str. 3-31.

Pošar, B. a Kavka, M. Využití technologie DGPS vsystému precisního hospodaření - tvorba výnosových map. In: Sborník konference Precisní zemědělství Brno: Techagro 98, 1998, s. 23-34.

Kontaktní adresa:

Prof. Ing. Miroslav Kavka, DrSc. Česká zemědělská univerzita vPraze, 165 21 Praha 6 - Suchdol

Ing. Bohuslav Pošar Česká zemědělská univerzita vPraze, 165 21 Praha 6 - Suchdol

Doc. Ing. Ladislav Nozdrovický, CSc. Slovenská poľnohospodárska univerzita vNitre, A. Hlinku 2, 949 01 Nitra

Doc. Ing. Adolf Rybka, CSc. Česká zemědělská univerzita vPraze, 165 21 Praha 6 - Suchdol