CC BY
3Научная статья УДК 338.43
doi: 10.47576/2949-1894.2024.6.6.007
ИНТЕГРАЦИЯ НАВИГАЦИОННЫХ И КОНТРОльНЫХ
систем в сельскохозяйственную технику для повышения точности и эффективности
Рудик Сергей Сергеевич
Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Россия
Антоненко Артем Евгеньевич
Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Россия
Кириченко Артем Олегович
Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Россия, [email protected]
Аннотация. В статье рассматриваются подходы к интеграции систем навигации и контроля в современные модели сельскохозяйственной техники, отмечена их значимость для повышения производительности, надежности и точности выполнения сельскохозяйственных операций. Основной целью исследования является анализ эффективности применения таких навигационных систем, как GPS и ГЛОНАСС, и их интеграции с системами автоматического управления и контроля. Для достижения цели использованы методы анализа современных технологий, включая оптико-электронные и спутниковые системы навигации, а также модели автоматизации и статистические методы оценки надежности техники. Авторы исследуют преимущества комбинированных решений, объединяющих возможности параллельного вождения, автопилотов и систем мониторинга, которые способствуют минимизации эксплуатационных затрат и снижению нагрузки на оператора. Основные выводы работы подтверждают, что интеграция навигационных и управляющих систем повышает производительность и точность обработки полей, способствует экономии ресурсов и улучшению качества сельскохозяйственных операций.
Ключевые слова: навигационные системы; автоматизация; GPS; ГЛОНАСС; сельскохозяйственная техника; контроль; точное земледелие; производительность.
Для цитирования: Рудик С. С., Антоненко А. Е., Кириченко А. О. Интеграция навигационных и контрольных систем в сельскохозяйственную технику для повышения точности и эффективности // Инновационная экономика: информация, аналитика, прогнозы. -2024. - № 6. - С. 51-57. https://doi.Org/10.47576/2949-1894.2024.6.6.007.
Original article
integration of navigation and control systems into agricultural machinery to improve accuracy and efficiency
Rudik Sergey S.
Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin, Krasnodar, Russia Antonenko Artyom E.
Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin, Krasnodar, Russia
Kirichenko Artyom O.
Kuban State Agrarian University named after T. Trubilin, Krasnodar, Russia, [email protected]
Abstract. The article discusses approaches to the integration of navigation and control systems into modern models of agricultural machinery, noting their importance for improving productivity, reliability and accuracy of agricultural operations. The main purpose of the study is to analyze the effectiveness of the use of navigation systems such as GPS and GLONASS, and their integration with automatic control and monitoring systems. To achieve this goal, methods of analyzing modern technologies, including optoelectronic and satellite navigation systems, as well as automation models and statistical methods for evaluating the reliability of equipment, were used. The authors explore the advantages of combined solutions combining the capabilities of parallel driving, autopilots and monitoring systems, which help to minimize operating costs and reduce the burden on the operator. The main conclusions of the work confirm that the integration of navigation and control systems increases productivity and accuracy of field processing, helps to save resources and improve the quality of agricultural operations.
Keywords: navigation systems; automation; GPS; GLONASS; agricultural machinery; control; precision farming; productivity.
For citation: Rudik S. S., Antonenko A. E., Kirichenko A. O. Integration of navigation and control systems into agricultural machinery to improve accuracy and efficiency. Innovative economy:information, analysis, prognoses, 2024, no. 6, pp. 51 -57. https://doi.org/10.47576/2949-1894.2024.6.6.007.
Современное сельскохозяйственное производство сталкивается с рядом проблем, включая необходимость повышения производительности, минимизации затрат и обеспечения экологической устойчивости. Одним из ключевых направлений развития является интеграция систем навигации и контроля в современные модели сельскохозяйственной техники. Важность данной задачи отмечена многими исследованиями, фокусирующимися на применении спутниковых навигационных систем, автоматизации процессов и внедрении математических моделей управления эффективностью техники.
В статье Д. Б. Литвина, В. Г Бондарева и Е. М. Сербина обсуждается применение оптико-электронных систем навигации, которые обеспечивают высокую точность позиционирования сельскохозяйственной техники в условиях сложных погодных условий. Авторы отмечают, что эти системы являются важной альтернативой традиционным спутниковым навигационным системам, обладающим ограниченной помехоустойчивостью [5].
М. Н. Костомахин и А. Н. Воронов в своей работе акцентируют внимание на системах спутникового мониторинга состояния техники, которые позволяют осуществлять диагностику в режиме реального времени.
Их исследования демонстрируют, что такие системы способствуют оптимизации затрат на эксплуатацию техники, а также повышают надежность за счет предотвращения возможных отказов [4].
Ряд авторов рассматривают возможности восстановления изношенных деталей как способ снижения затрат и увеличения срока службы техники, отмечая необходимость создания кластеров импортозамещения для поддержки сельскохозяйственного сектора в условиях ограниченного импорта компонентов.
Кроме того, следует отметить роль адаптивных технологий, которые позволяют учитывать региональные особенности и эффективно распределять ресурсы. Подход к оптимизации структуры посевных площадей и применения адаптивного земледелия демонстрируют значимость интеграции инновационных решений в агропромышленный комплекс.
Статистические методы необходимы для оценки надежности сельскохозяйственной техники. Использование интегральных моделей позволяет повысить качество обслуживания и определить параметры эффективности эксплуатации.
Целью данной работы является анализ комплексного подхода к интеграции систем
навигации и контроля в современные модели сельскохозяйственной техники для повышения их производительности, надежности и экономической эффективности.
Системы навигации и контроля в современной сельскохозяйственной технике являются предметом многочисленных исследований и дискуссий в научной литературе. Существует множество подходов и точек зрения на роль и перспективы интеграции этих технологий в агропромышленный комплекс. Одни авторы акцентируют внимание на необходимости автоматизации и повышения точности управления, другие отмечают роль восстановления и модернизации техники, а третьи фокусируются на разработке математических моделей для оценки эффективности. Рассмотрим отдельные мнения и подходы, чтобы выделить ключевые аспекты проблемы и наметить направления дальнейших исследований.
Современные технологии навигации и контроля становятся неотъемлемой частью сельскохозяйственного производства, обеспечивая его эффективность и точность. В работе Д. Б. Литвина, В. Г Бондарева и Е. М. Сербина отмечается, что использование оптико-электронных систем локальной навигации открывает новые горизонты для точного земледелия. Их система, основанная на лазерных технологиях, обеспечивает измерение координат с высокой точностью, которое позволяет повысить надежность управления сельскохозяйственными машинами в сложных метеоусловиях [5].
Дальнейшее развитие идей интеграции навигационных технологий представлено в исследовании М. Н. Костомахина и А. Н. Воронова, где подробно рассмотрены системы спутникового мониторинга. Авторы отмечают, что оснащение техники GPS/ГЛОНАСС модулями позволяет отслеживать местоположение и мониторить техническое состояние машин в реальном времени, которое необходимо для снижения затрат на обслуживание и предотвращения поломок благодаря возможности ранней диагностики [3; 4].
При этом, эффективность применения таких систем зависит от уровня автоматизации и интеграции с существующими информационными платформами. Современные технологии позволяют собирать данные и оперативно обрабатывать их, передавая на
серверы для анализа и принятия решений, создавая основу для комплексного подхода к управлению машинно-тракторным парком.
Несмотря на преимущества высокотехнологичных решений, в ряде исследований отмечаются ограничения, связанные с их стоимостью и необходимостью квалифицированного персонала для обслуживания. Как показали Д. Б. Литвин и коллеги, оптико-электронные системы могут стать достойной альтернативой спутниковой навигации, особенно в условиях ограниченного доступа к спутниковым сигналам. Кроме того, спутниковые системы мониторинга обладают высокой адаптивностью и могут использоваться как в режиме онлайн, так и оффлайн, снижая зависимость от инфраструктуры связи.
Следует отметить, что современные системы навигации и контроля в сельскохозяйственном секторе формируют потенциал повышения производительности и надежности техники. Тем не менее, необходимо учитывать экономическую целесообразность их внедрения, а также потребности в обучении персонала [1]. Перспективными направлениями развития являются интеграция различных технологий навигации, повышение точности и снижение стоимости оборудования. Для успешного внедрения требуется разработка национальных стандартов и поддержка со стороны государства.
На основании вышеуказанных данных можно сказать, что использование комбинированных подходов, объединяющих преимущества спутниковой навигации и оптико-электронных систем, станет ключевым элементом достижения устойчивого развития сельскохозяйственного производства.
Интеграция систем навигации и контроля в современные модели сельскохозяйственной техники - главное направление развития агроинженерии, обеспечивающее повышение эффективности и надежности сельскохозяйственных процессов. В работе Р. Ю. Соловьёва и С. А. Горячева выделено, что восстановление компонентов сельскохозяйственной техники на базе современных технологий продлить срок службы техники и сократить затраты на ее обслуживание. Они отмечают, что создание кластеров восстановления деталей способствует повышению экономической эффективности аграрного сектора, особенно в условиях санкционных
ограничений и необходимости импортозаме-щения [9].
B. С. Кучеров и С. Н. Бурахта акцентируют внимание на необходимости оптимизации структуры сельскохозяйственного производства с целью повышения экологичности и устойчивости. Они предлагают использовать адаптивные системы земледелия и учитывать специфические особенности по-чвенно-климатических условий при выборе технологий и моделей техники. Такие подходы являются основой для интеграции интеллектуальных систем управления и контроля в сельскохозяйственное производство, способствуя снижению эксплуатационных рисков и повышению урожайности [6].
А. А. Пчелкин рассматривает роль математических моделей и статистических методов в обеспечении надежности и контроля качества сельскохозяйственной техники. Он отмечает, что надежность эксплуатации техники оценивается с учетом вероятности выполнения конкретных задач. Такой подход открывает возможности для применения интегральных методов анализа в системах управления и контроля сельскохозяйственных машин, который позволит повысить точность и достоверность принимаемых решений [7].
C. И. Козлов и коллеги отмечают значение автоматизации сельскохозяйственной техники, выделяя автоматические системы управления (АСУ) и системы автоматического контроля (САК) как ключевые элементы современной агротехники. Они указывают, что автоматизация процессов улучшает производительность и повышает качество выполняемых операций. Особое внимание уделяется роли инженерных кадров, способных разрабатывать и внедрять инновационные системы автоматического управления [2].
В исследовании Гайдара С.М. и соавторов предложена математическая модель оценки эффективности сельскохозяйственной техники на различных уровнях системы качества. Авторы определяют роль применения многокритериальных методов оптимизации, позволяющих учитывать широкий спектр факторов, влияющих на производительность техники, включая экологические и экономические аспекты. Модель актуальна в условиях цифровой трансформации агропромышленного комплекса, когда интеграция навигационных систем становится стандартом [8].
Таким образом, можно отметить, что современные исследования в области интеграции систем навигации и контроля отмечают необходимость комплексного подхода, включающего восстановление изношенных деталей, оптимизацию производственных структур, применение статистических методов анализа и разработку математических моделей для управления сложными системами. Подходы способствуют повышению конкурентоспособности сельскохозяйственного сектора, его устойчивости и экологичности. Однако для развития необходимы усиления междисциплинарных исследований, государственной поддержки и подготовки кадров, способных разрабатывать и внедрять инновационные технологии.
Агрономические информационные системы необходимы в сельском хозяйстве, обеспечивая точное и своевременное управление полевыми работами. Внедрение передовых технологий позволяет сельхозпроизводителям повысить урожайность и качество продукции, снизить затраты на топливо и удобрения, а также сократить вредное воздействие на окружающую среду. В результате сельское хозяйство становится более эффективным и устойчивым, что способствует развитию отрасли в целом. Спутниковая система навигации (ГНСС), такие, как. Система глобального позиционирования (GPS), ГЛОНАСС, Galileo и BeiDou, получили широкое распространение и использование на практике в различных системах навигации по всему миру, благодаря им фермеры могут оптимизировать все этапы производства, начиная от посева и заканчивая сбором урожая, вопреки различным возможностям, предоставляемым данной технологией. Изначально навигационные системы применялись преимущественно в военных и морских областях. Но к концу XX века, с развитием технологий и снижением стоимости оборудования, эти системы стали широко использоваться в гражданских сферах, в том числе в сельском хозяйстве. Разработанные в США, России, Европейском Союзе и Китае в 1970х годах, эти системы достигли эксплуатационной готовности к середине 1990х годов. Запущенный в 2016 году Galileo и ставший глобальным в 2020 году BeiDou дополнили уже существующие системы GPS и ГЛОНАСС. Изначальные инструменты для сельского
хозяйства были простыми GPS трекерами, которые помогали аграриям контролировать расположение сельскохозяйственной техники на полях. С развитием технологий и увеличением требований к эффективности сельского хозяйства началась интеграция навигационных систем с другими системами управления. Этот процесс позволил разработать комплексные решения, способные не только определять местоположение техники, но и управлять её движением, а также контролировать выполнение сельскохозяйственных операций в режиме реального времени.
Геопозиционные системы нашли широкое применение в различных сферах сельского хозяйства, включая создание карт полей, управление сельскохозяйственной техникой, использование технологии дифференцированного внесения удобрений и мониторинг урожайности. Интеграция навигационных систем и систем контроля в сельскохозяйственную технику считается одним из наиболее важных достижений в этой области. Такой подход позволяет оптимизировать процессы, повысить точность выполнения задач и улучшить качество сельскохозяйственной продукции.
Система GPS является одной из самых широко используемых навигационных систем в сельском хозяйстве, обеспечивая точное определение местоположения сельскохозяйственной техники, спутников. Это особенно необходимо для проведения таких операций, как посев или обработка почвы, где точность играет решающую роль. ГЛОНАСС, российская навигационная система, представлявшая собой аналог GPS, и широко применяется в сельском хозяйстве. Использование GPS и ГЛОНАСС вместе значительно улучшает точность и надежность определения местоположения, что особенно ценно в отдаленных и сложно доступных местах.
На практике существует два основных
типа навигационных систем, которые встречаются в сельскохозяйственной технике
1. Технология параллельного вождения и автопилота. Данная инновационная технология оптимизирует процессы в сельском хозяйстве, сокращая время простоя и ширину поворотов. Точность работы достигает 2,5 см. Система включает в себя GPS-приемник, модуль для анализа данных и блок питания для подключения к электрической сети техники. Автопилот основан на электрогидравлической системе автоматизированного управления позволяет оператору сосредоточиться на более сложных задачах в процессе работы.
2. Курсоуказатель - указывает направление движения машины, учитывая заданную ширину обработки и прохода. Может двигаться по прямым линиям или повторять траекторию первого прохода с точностью до 15 сантиметров.
Система параллельного вождения с кур-соуказателем способна функционировать при ограниченной видимости. Допустимые отклонения зависят от вида работ: от ±3 см для пропашных работ до ±30 см для опрыскивания.
Ключевые элементы систем контроля:
- Датчики и сенсоры
- Программное обеспечение
- Интерфейсы управления
На сегодня большинство современных тракторов и комбайнов оборудованы авто пилотными системами, которые способны выполнять сложные задачи без необходимости участия человека. Системы используют данные GPS и ГЛОНАСС для точного определения местоположения и управления машинами. Интеграция навигационных и управляющих систем позволяет создавать «умные фермы», где все процессы автоматизированы и контролируются из одного центра.
Преимущества и недостатки интеграции систем навигации и контроля представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Преимущества и недостатки интеграции систем навигации и контроля
Преимущества Недостатки
Увеличение точности обработки Высокие затраты на оборудование и ПО
Снижение расхода ресурсов Необходимость обучения персонала
Повышение эффективности работы Зависимость от доступа к сигналу
Снижение времени выполнения работ Возможные сбои в работе техники
Анализ данных в реальном времени Уязвимость к кибератакам
Искусственный интеллект и навигация -это будущее сельского хозяйства. С помощью таких технологий можно предсказывать урожай, использовать ресурсы с умом и управлять всем хозяйством. Беспилотники и роботы следят за полями, определяют, когда надо удобрять их и защищать растения. Использование современных технологий позволит разрабатывать эффективные решения прогнозирования урожайности, оптимизации использования ресурсов и улучшения стратегий управления. Беспилотные летательные аппараты и наземные роботы выполняют рутинные задачи, связанные с сельскохозяйственным производством, такие как мониторинг состояния полей, внесение удобрений и защита растений.
Таким образом, применение искусственного интеллекта и навигационных систем в сельском хозяйстве повышает эффективность производства и способствует устойчивому развитию отрасли.
Анализ интеграции систем навигации и контроля в современные модели сельскохо-
зяйственной техники показал, что использование технологий способствует повышению производительности и точности выполнения технологических операций. Результаты исследований подтверждают, что применение оптико-электронных и спутниковых систем навигации позволяет сократить затраты на эксплуатацию техники за счет предотвращения отказов и оптимизации процессов технического обслуживания.
Таким образом, интеграция систем навигации и контроля выступает стратегическим направлением развития сельскохозяйственной отрасли, способствуя ее цифровизации, экологизации и повышению экономической эффективности. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку доступных технологий, совершенствование математических моделей управления и оптимизации использования сельскохозяйственной техники, а также интеграцию систем в единую цифровую экосистему агропромышленного комплекса.
Список источников
1. Калинин Р. А. Модель системы внутреннего контроля на базе интеграции резервов эффективности и систематизации методов обеспечения контроля предприятия // Современные гуманитарные исследования. 2007. № 6(19). С. 54-58.
2. Козлов С. И., Бортник С. А., Кузюр В. М. Эксплуатационное содержание и сущность систем автоматизации современной сельскохозяйственной техники // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2022. № 1(21). С. 10-19.
3. Контроль параметров надежности сельскохозяйственной техники с использованием систем GPS/ГЛО-НАСС / М. Н. Костомахин, А. Н. Воронов, Л. И. Ковалев, И. Л. Ковалев // Труды ГОСНИТИ. 2015. Т. 118. С. 26-30.
4. Костомахин, М. Н., Воронов А. Н. Мониторинг состояния сельскохозяйственной техники с использованием систем спутниковой навигации // Агротехника и энергообеспечение. 2014. № 1(1). С. 261-265.
5. Литвин Д. Б., Бондарев В. Г, Сербин Е. М. Оптико-электронная система навигации сельскохозяйственной техники // Вестник АПК Ставрополья. 2014. № 2(14). С. 70-74.
6. Модель оптимального размещения сельскохозяйственных культур - основа совершенствования современной системы земледелия / В. С. Кучеров, С. Н. Бурахта, К. М. Ахмеденов, Г З. Каиргалиева // Новости науки Казахстана. 2013. № 1(115). С. 48-53.
7. Пчелкин А. А. Контроль качества сельскохозяйственной техники при помощи моделей статистической проверки и анализа количественных показателей надежности // Технический сервис машин. 2019. № 2(135). С. 7580.
8. Разработка математической модели определения эффективности сельскохозяйственной техники на отдельных уровнях многоуровневой системы оценки качества / С. М. Гайдар, Р. Р. Мирзаев, А. М. Пикина, Т. И. Балькова // Агроинженерия. 2023. Т. 25, № 5. С. 46-51.
9. Соловьев Р. Ю., Горячев С. А. Организация импотрозамещения компонентов сельскохозяйственной техники на основе интеграции заинтересованных структур // Труды ГОСНИТИ. 2015. Т. 120. С. 125-129.
References
1. Kalinin R. A. Model of the internal control system based on the integration of efficiency reserves and systematization of methods for ensuring enterprise control. Modern humanitarian studies. 2007. No. 6(19). Pp. 54-58.
2. Kozlov S. I., Bortnik S. A., Kuzyur V. M. Operational content and essence of automation systems of modern agricultural machinery. Design, use and reliability of agricultural machinery. 2022. No. 1(21). Pp. 10-19.
3. Control of reliability parameters of agricultural machinery using GPS/GLONASS systems / M. N. Kostomakhin, A. N. Voronov, L. I. Kovalev, I. L. Kovalev.Proceedings of GOSNITI. 2015. Vol. 118. Pp. 26-30.
4. Kostomakhin, M. N., Voronov A. N. Monitoring the state of agricultural machinery using satellite navigation systems. Agrotechnics and energy supply. 2014. No. 1(1). pp. 261-265.
5. Litvin D. B., Bondarev V. G., Serbin E. M. Optical-electronic navigation system for agricultural machinery. Bulletin of the agroindustrial complex of Stavropol. 2014. No. 2(14). Pp. 70-74.
6. The model of optimal placement of agricultural crops is the basis for improving the modern system of agriculture / V. S. Kucherov, S. N. Burakhta, K. M. Akhmedenov, G. Z. Kairgalieva. News of science of Kazakhstan. 2013. No. 1(115). Pp. 48-53.
7. Pchelkin A. A. Quality control of agricultural machinery using models of statistical verification and analysis of quantitative reliability indicators. Technical service of machines. 2019. No. 2(135). Pp. 75-80.
8. Development of a mathematical model for determining the effectiveness of agricultural machinery at individual levels of a multilevel quality assessment system / S. M. Gaidar, R. R. Mirzaev, A.M. Pikina, T. I. Balkova. Agroengineering. 2023. Vol. 25, No. 5. Pp. 46-51.
9. Solovyov R. Yu., Goryachev S. A. The organization of impotence of components of agricultural machinery based on the integration of interested structures. Proceedings of GOSNITI. 2015. Vol. 120. Pp. 125-129.
Сведения об авторах
РУДИК СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ - студент факультета управления, Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Pоссия
АНТОНЕНКО АРТЕМ ЕВГЕНЬЕВИЧ - студент факультета управления, Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Pоссия
КИРИЧЕНКО АРТЕМ ОЛЕГОВИЧ - кандидат экономических наук, доцент, доцент кафедры экономической кибернетики, Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Pоссия, [email protected]
Information about the authors
RUDIK SERGEY S. - student of the Faculty of Management, Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin, Krasnodar, Russia
ANTONENKO ARTYOM E. - student of the Faculty of Management, Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin, Krasnodar, Russia
KIRICHENKO ARTYOM O. - PhD in Economics, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Economic Cybernetics, Kuban State Agrarian University named after T. Trubilin, Krasnodar, Russia, [email protected]
