Самарские ученые применили космические технологии для создания умной дождевальной машины

Ученые Самарского университета разработали систему управления для умной дождевальной машины. Благодаря этой системе мобильный агромелиоративный комплекс способен во время движения по полю самостоятельно анализировать состояние почвы, оценивая степень ее влажности и наличия необходимых минеральных удобрений. В зависимости от получаемых данных дождевальная машина сама регулирует интенсивность полива и внесения удобрений.

В настоящее время существует технология определения относительной влажности почвы по анализу гиперспектральных изображений в SWIR диапазоне (коротковолновом инфракрасном диапазоне). Однако при этой технологии съемка осуществляется, в основном, со спутника, поскольку из-за высокой стоимости матриц SWIR диапазона установка их в наземные устройства экономически нецелесообразна. Таким образом, получить оперативно данные видеосъемки невозможно. Поэтому ученые Самарского университета предложили установить разработанный в Самарском университете компактный изображающий гиперспектрометр весом всего 1 кг непосредственно на поливальную машину, а вместо дорогостоящих матриц SWIR диапазона использовать обычные ПЗС-матрицы (светочувствительные матрицы для видимого света). Основой для создания такого гиперспектрометра стала оптическая схема с телескопической системой и сложной дифракционной решеткой, позволяющая собирать гиперспектральное изображение местности с 20-40 спектральными слоями.

Проект создания системы управления работой дождевальной машины реализован по заказу Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации РАН (РосНИИПМ РАН) совместно с учеными Института систем обработки изображений — филиала ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН (ИСОИ РАН). Разработанная система включает в себя компактный изображающий гиперспектрометр с датчиками, бортовой компьютер со специальным программным обеспечением и контроллер для переключения форсунок на дождевальной машине. 

"Гиперспектральные датчики определяют влажность участков почвы или содержание в почве определенных химических веществ и подают сигналы бортовому компьютеру, который через контроллеры управляет форсунками. Это первый подобный агромелиоративный комплекс в мире, аналогов нет", — рассказал один из разработчиков, ведущий сотрудник ИСОИ РАН, профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета Роман Скиданов.

По его словам, стоимость комплекта системы управления составит около 20 тысяч рублей на один агромелиоративный комплекс. Согласно данным РосНИИПМ, применение подобного адресного полива и внесения удобрений может повысить урожайность в среднем на 25-30% в зависимости от сельскохозяйственной культуры. "Думаю, что такая адресная система полива и внесения удобрений будет востребована как в нашей стране, так и за рубежом", — отметил Скиданов.

Для справки

К концу 90-х годов прошлого века в России практически полностью прекратился выпуск отечественной дождевальной техники и аграрии начали закупать импортную технику, однако зарубежные технологии орошения зачастую не соответствуют климатическим условиям орошаемых зон России. При всех положительных технических характеристиках импортных дождевальных машин российские специалисты отмечают их недостаток — неравномерность увлажнения почвы после полива и большая ее "пестрота" по различным участкам поля.

При последующих поливах разница во влажности участков почвы возрастает и это отражается на условиях роста и развития растений: снижение уровня урожайности по полю может достигать 25-30% от средних показателей. Поэтому аграриям необходима технология полива, позволяющая в режиме реального времени распределять влагу согласно карте влажности, кроме того весьма полезной оказалась бы и возможность "адресной доставки" минеральных удобрений.