Цифровая Экономика ЛК7 PDF

Тема 7. Цифровая трансформация для экономики(сельское хозяйство) Цель: изучить особенности цифровой трансформации отраслей сельского хозяйства, технические средства, необходимые для реализации технологии точного земледелия, а также рассмотреть экономические и экологические аспекты умного сельск...

Тема 7. Цифровая трансформация для экономики(сельское хозяйство) Цель: изучить особенности цифровой трансформации отраслей сельского хозяйства, технические средства, необходимые для реализации технологии точного земледелия, а также рассмотреть экономические и экологические аспекты умного сельского хозяйства. План 7.1. Основные инновационные решения умного сельского хозяйства. 7.2. Точное земледелие. 7.3. Экономические и экологические аспекты технологии точного земледелия. 7.4. Умные животноводческие фермы. 7.1. Основные инновационные решения умного сельского хозяйства Отличительными особенностями развития мирового сельского хозяйства являются концентрация и специализация агропроизводства, широкое использование информационных технологий, в том числе навигационных для управления сельскохозяйственной техникой при снижении удельных энергозатрат и себестоимости продукции. Большинство ныне производимых сельскохозяйственных агрегатов оснащены электроникой, а в современных тракторах или комбайнах для контроля и управления используются множество различных электронных датчиков и бортовой компьютер. За последние годы навигационные приборы стали незаменимым инструментом для определения места нахождения сельскохозяйственной техники в пространстве и во времени. Различные роботы находят применение не только в промышленности, но и в сельском хозяйстве. Новая электронная техника, информационные технологии открывают возможности широкого освоения умного сельского хозяйства, под которым понимают применение стратегического управления с использованием информационных технологий, получением данных из различных источников для принятия решений, связанных с сельскохозяйственным производством, рынком, финансами и людьми. Умное сельское хозяйство представляет собой современную концепцию ведения сельскохозяйственного производства, базирующегося на внедрении новых технологий: геоинформационных систем, спутниковой навигации, цифровизации процессов создания сельскохозяйственной продукции, обеспечивающих повышение продуктивности и качества при одновременном снижении затрат. Сельхоз- и товаропроизводители должны обладать эффективными адаптированными технологиями, заранее просчитывать затраты на в о з д е л ы в а н и е с е л ь с ко хо з я й с т в е н н ы х к ул ьт у р и в ы р а щ и в а н и е сельскохозяйственных животных, программировать уровень урожайности и выводить себестоимость продукции. Только в этом случае они будут конкуренто спо собны с другими отече ственными и зарубежными производителями.  Умное сельское хозяйство начали практиковать в США, Японии, западно- европейских странах (ФРГ, Англия, Голландия, Дания) и в Китае с 1980-х гг., в государствах же Восточной Европы – с 1990 г. Сейчас настоящий бум оно переживает в Южной Америке, в частности в Бразилии, что связано с бурным экономическим ростом и желанием снизить издержки производства. Ведение умного сельского хозяйства стало возможным в тех странах, где была сформирована материально-техническая и экономическая база, подготовлены специалисты в области информационных технологий. Мировой опыт показывает, что работы по внедрению новой технологии успешны там, где создаются коллективы научных работников и практиков разных специальностей: почвоведов, агрономов, животноводов, инженеров, экономистов и программистов (рис. 7.1). Рис. 7.1. Использование умного сельского хозяйства в передовых странах Умное сельское хозяйство, или точное фермерство, поначалу ассоциировалось только с точным земледелием, однако в последние годы точное сельское хозяйство распространилось и на динамично развивающееся животноводство – точное и его отрасли: точное молочное скотоводство, точное свиноводство и точное птицеводство. 7.2. Точное земледелие Точ н о е з е м л ед е л и е – э то д и ф ф е р е н ц и р о ва н н о е у п р а вл е н и е сельскохозяйственными операциями, которое обеспечивает постоянный ко н т р о л ь , н а д е ж н о с т ь и в о с п р о и з в од и м о с т ь р е зул ьт ат о в в сельскохозяйственном производстве, что способствует снижению затрат, вариабельности и повышению предсказуемости результатов. Если составить топ-10 инноваций, без которых точное земледелие не могло бы существовать, то он бы выглядел так: спутниковые системы навигации, мобильные девайсы, робототехника, системы орошения, интернет вещей, датчики, переменная норма высева, мониторинг погодных изменений, мониторинг количества азота в почве, стандартизация. Комплексное точное земледелие базируется на трех основных элементах: информация, технология и научный менеджмент (рис. 7.2). Рис. 7.2. Основные элементы точного земледелия Только с применением точного земледелия стали шире, детальнее рассматривать и принимать во внимание все многочисленные факторы, влияющие на урожай растений: погодные условия, почву, ее характеристики, в том числе кислотность, удобрения, топография, ландшафт, семена, технологии подготовки почвы к посеву, посев, уход за посадками и уборка урожая, дифференцированное внесение удобрений, химикатов для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями, а также другие факторы. В общем случае технология точного земледелия включает в себя следующие этапы работы: – создание электронной карты полей; – формирование базы данных по полям по размерам площади, урожайности, агрохимическим и агрофизическим свойствам, уровню развития растений и т. д.; – проведение анализа с использованием прикладных программ и выдача рекомендаций для выработки решений; – загрузка команд по принятым решениям в устройства на сельскохозяйственных агрегатах для дифференцированного проведения сельскохозяйственных операций.  Для реализации технологии точного земледелия необходимы соответствующие технические средства: – спутниковая система навигации, позволяющая получать точную информацию о местонахождении и скорости любого объекта; – электромагнитные, инфракрасные, ультразвуковые датчики (сенсоры), служащие для определения различных параметров: урожайности зерновых, содержания минеральных веществ в почве, ее влажности, плотности, твердости, количества биомассы и вида сорняков; – современный бортовой компьютер как многофункциональная информационно-управляющая система, собирающая фиксируемую сенсорами информацию и сохраняющая ее на карте памяти, объединенная с электронными процессорами сельскохозяйственных машин и орудий; – географическая информационная система, служащая для выдачи собранной с помощью сенсоров информации в доступной для чтения форме. ГИС обеспечивает картографическую составляющую системы точного земледелия. Основу ГИС составляют многослойные карты местности с возможностью компоновки растров (снимки, сканированные карты и пр.) векторных карт (топографическая основа, карты полей, тематические карты и пр.) и матриц (поверхность рельефа, качественные особенности почв, урожайность и пр.). На основе карт ведется учет сельхозугодий, агрохимический мониторинг, визуализация перемещений техники и отображение состояния объектов мониторинга. 7.3. Экономические и экологические аспекты технологии точного земледелия Система точного земледелия позволяет обеспечить безопасность, соблюдение скоростного режима и целевого использования транспорта, оптимизацию маршрутов, контроль за расходом топлива, повышение качества выполняемых технологических операций, снижение утомляемости оператора, повышение скорости выполнения работ, уменьшение перекрытий и снижение затрат на производство, оперативный сбор и анализ метеоданных, сокращение затрат на минеральные удобрения и их рациональное использование, а также повышение качества продукции. Повышение эффективности производства сельскохозяйственных культур сопровождается опережающим возрастанием затрат материально- энергетических ресурсов. В настоящее время сельскохозяйственное производство ежегодно расходует на технологические цели около 1,5 млн тонн автотракторного топлива, 2,7 млрд кВт/ч электроэнергии, 370 млн чел-ч живого труда. На 1 га пахотных земель в пересчете на условное топливо в Республике Беларусь расходуется 350–400 кг, в то время как, например, в США – 190 кг условного топлива. В новых экономических условиях увеличение объемов производства сельскохозяйственной продукции и повышение ее качества может и должно обеспечиваться при меньшем удельном потреблении ресурсов. Именно поэтому в качестве одного из наиболее результативных путей повышения эффективности сельскохозяйственного производства рассматриваются ресурсо- и энергосбережение. При этом наиболее существенный эффект может быть достигнут за счет экономии ресурсов (удобрений, пестицидов, посевного материала, горюче-смазочных материалов), сокращения или замены технологических операций. Как свидетельствует анализ выполненных исследований, максимальная эффективность от реализации точного земледелия достигается при дифференцированном выполнении всех основных технологических операций: обработки почвы, проведения посева, внесения удобрений, ухода за растениями, уборки урожая. Помимо сокращения затрат и увеличения урожайности точное земледелие позволяет выровнять физические и агрохимические свойства почвы, поле приобретает правильную форму, удобную для проведения агротехнических операций. Кроме того, дифференцированное внесение удобрений, где это необходимо, позволяет свести к минимуму нагрузку на окружающую среду. Именно благодаря этому технология получила такое широкое распространение, в особенности в Европе. Отдельным вопросом для выявления и получения эффективности, а также выгод следует рассматривать новую систему управления производством при использовании техники с навигационным оборудованием. Космические и аэрофотосъемки открывают много нового для управления производством, а не только дают возможность повышать урожайность сельхозкультур. Они представляют наглядную картину состояния растений, границы полей, работу техники, ее перемещение, показывают и другие значимые данные. Технологии точного земледелия позволяют получать достоверную информацию с использованием различных дистанционных датчиков, например, о содержании влаги в почве, распределении азотных удобрений. По цвету растительной массы и ее состоянию можно прогнозировать урожайность сельхозрастений, определять засоренность полей. Особенно важны аэрокосмические фотосъемки в периоды напряженных посевных и уборочных работ. Новые технологии точного земледелия дают возможность по-другому осуществлять управление производством. Отечественная аграрная наука и практика сельского хозяйства, сельхозмашиностроение должны учитывать мировые тенденции и достижения в агроинженерных направлениях, целью которых является снижение удельных энергозатрат на производство агропродукции и его издержек. В Беларуси уже накоплен опыт работ по точному земледелию, что является определенным вкладом в науку и практику. Однако недостаток финансирования этих работ, отсутствие промышленного выпуска отече ственными предприятиями навигационной аппаратуры для спутниковой навигации, датчиков и рабочих механизмов, неналаженность подготовки специалистов – все это сдерживает научные исследования и практическое применение революционных аграрных технологий в широких масштабах. 7.4. Умные животноводческие фермы  Умное молочное фермерство – это использование технологий для измерения физиологических, поведенческих и производственных показателей отдельных животных, чтобы улучшить управление фермой. В животноводстве R F I D - м е т к и , в н ед р я е м ы е ж и вот н ы м , о бе с п еч и ва ют в ы п ол н е н и е зооветиринарных протоколов, автоматический сбор информации о работе с поголовьем, при этом обеспечивается индивидуальный подход к каждой единице скота. В качестве примеров точных или так называемых умных технологий молочного фермерства можно назвать автоматические доильные установки, автоматические станции кормления телят (станции выпойки), автоматический мониторинг состояния здоровья для выявления признаков недомогания, определения времени начала отела и оповещения о хромоте. Использование этих технологий является прекрасной возможностью для молочного животноводства улучшить управление фермой. Технологический прогресс обеспечивает коровам комфорт и здоровье, а также повышает качество жизни фермеров. Автоматические поилки. Оценка условий окружающей среды автоматикой позволяет определить необходимое количество воды. Автоматизированная система поения позволяет высвободить значительное число персонала для более важных работ. Автоматические линии кормления. Можно рассчитать индивидуальную потребность в кормах для отдельной особи. Процесс кормления можно довести до рекомендуемых 6–8 раз. При отказе от ручного кормления в себестоимость молока не включаются лишние расходы. Комплексная система управления стадом. Для наблюдения за стадом используется Wi-Fi либо 3G. Если с животным что-то случилось, животновод получает электронное письмо с рекомендуемым перечнем процедур для животного на месяц. В ближайшее время планируется переход к меткам NFC, чтобы опознать животное и узнать всю информацию можно было без дорогостоящих сканеров с помощью планшетов и смартфонов. Система контроля состояния здоровья и функции воспроизводства. Способна выявить снижение аппетита у отдельных особей и сократить возможные убытки. Способна определить наступление охоты у коров, для чего используются датчики ускорения. Робот-пастух. Команда инженеров Сиднейского университета создала четырехколесную полуавтономную машину, которая в перспективе сможет самостоятельно управлять своими действиями. Благодаря 2D- и 3D-сенсорам, а также GPS устройство определяет, где нужно пастись животным. Одно из важных качеств робота-пастуха – его скорость: он спроектирован таким образом, чтобы двигаться в одном темпе с коровами. Цену этому роботу объявили в 1 млн австралийских долларов.