Цифровой двойник, являясь виртуальной моделью реального объекта, становится важным инструментом для моделирования объектов и явлений в современном мире. В сельском хозяйстве он играет особенно значимую роль, обеспечивая возможность не только анализировать данные о почве, климате, урожайности и растениях, но и прогнозировать возможные изменения в этих параметрах. Благодаря накоплению и анализу огромного объема информации, цифровые двойники помогают оптимизировать использование ресурсов, таких как вода, удобрения и пестициды, что в свою очередь приводит к увеличению урожайности и снижению затрат. Кроме того, цифровые двойники позволяют автоматизировать многие процессы в сельском хозяйстве, включая управление сельскохозяйственной техникой и машинами. Они предоставляют возможность более точного и эффективного управления агрегатами, такими как тракторы и комбайны, а также помогают в прогнозировании и предотвращении поломок оборудования, что способствует уменьшению временных и финансовых потерь. (Цель исследования) Анализ программных продуктов для проектирования и создания цифровых двойников. (Материалы и методы) Рассмотрели различные виды программ, отобранных по критериям спектра функциональных возможностей и их совместимости с другими программами. (Результаты и обсуждение) Проанализировали каждую из программ на возможность выполнения поставленных задач. В представленных примерах отметили особенности каждого вида программного обеспечения. Сформировали требования для выбора программ. (Выводы) Представили характеристики рассмотренных программных продуктов, определили их функциональные возможности. Установили необходимые требования для принятия решения о выборе программ со схожими функциональными возможностями.
Плодородие почвы определяется наличием гумуса, как основной части органического вещества. Расширенное воспроизводство плодородия почвы обеспечивается внесением органических и минеральных удобрений, выращиванием сидеральных культур и разложением остатков растительной массы. (Цель исследования) Разработка технологий и средств механизации при расширенном воспроизводстве плодородия. (Материалы и методы) Для совместного внесения жидких органических удобрений и возделывания сидератов разработан агрегат, реализующий шланговую технологию транспортирования жидких органических удобрений. По напорным шланговым магистралям удобрения подаются к рабочим органам вглубь почвенного пласта. Комбинированный агрегат состоит из трактора К-744 «Кировец» и адаптера для глубокой обработки почвы с внесением жидких удобрений, а также сеялки мелкосемянных культур. Для выравнивания поверхности поля после прохода агрегата и заделки высеваемых семян сидеральной культуры агрегат оснащается зубовым катком. (Результаты и обсуждение) Приведены формулы для определения критической глубины обработки, выполнен силовой расчет агрегата. Конструкция почвообрабатывающего орудия позволяет устанавливать плоскорежущие рабочие органы с захватом 0,80 м и щелеватели с захватом 0,45 метра. Проведены испытания комбинированного агрегата. Глубина обработки почвы составляла 36±1 сантиметров, норма высева сидеральной культуры (редька масличная) 25 килограммов на гектар, диапазон рабочих скоростей агрегата от 0,4 до 0,8 метра в секунду. (Выводы) Равномерность подпочвенного распределения органических удобрений составила 90-95 процентов. Удельная энергоемкость технологического процесса комбинированного агрегат на базе трактора К-744 при внутрипочвенном внесении удобрений составляет 40-65 киловатт-часов на гектар (без учета мощности на прокачку удобрений). Энергозатраты зависят от глубины обработки и удельного сопротивления почвы. Предлагаемый способ позволяет предотвратить водную и ветровую эрозию почвы, улучшить ее агрономически ценные свойства. Сокращение пестицидной нагрузки на почву и ее микрофлору способствует переходу к модели устойчивых агроэкосистем, повышению и улучшению качества урожая. Предлагаемая технология обеспечивает расширенное воспроизводство плодородия почвы.
Отмечено, что за последние годы в России возрос интерес к органическому сельскому хозяйству как производителей, так и потребителей продовольственных товаров. Однако при переходе от интенсивного ведения агропроизводства к органическим технологиям возникают определенные проблемы. Это касается возделывания растениеводческой продукции, в частности картофеля, поскольку при запрете на использование традиционных минеральных удобрений необходим поиск рациональных научно-обоснованных альтернативных способов. (Цель исследования) Изучить влияние глубокой обработки междурядий картофеля на урожайность клубней без применения удобрений. (Материалы и методы) Для адаптации технологий возделывания культур, характерных для Северо-Западного региона, под требования органического производства на базе опытных полей Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства был заложен шестипольный севооборот, включающий картофель. Почва опытного поля дерново-подзолистая, легкосуглинистая. Использовался сорт картофеля Удача отечественной селекции. Физические параметры почвы определяли в on-line режиме с заданной дискретностью. Междурядья обрабатывали двумя способами: окучивание с боронованием пропашным культиватором КОН-2,8 + БРУ (контрольная посадка) и обработка на глубину 27 сантиметров культиватором КНО-2,8 + БРУ (опытная посадка). (Результаты и обсуждение) Комплексный агромониторинг климатических параметров окружающей среды и физических показателей состояния почвы, т. е. ее твердости и влажности, осуществлялся цифровыми средствами. Изучено влияние способа обработки междурядий на урожайность картофеля в течение трех лет. В трехлетней ретроспективе исследований максимальная урожайность 20,57 тонны на гектар была получена в 2022 году. Минимальный урожай 12,8 тонны в контроле и 14,19 тонны в опыте 2021 года был результатом экстремальных почвенно-климатических условий. (Выводы) При создании для нормального развития картофеля подходящих физических параметров состояния почвы путем ликвидации уплотнения в междурядьях прирост урожайности может достичь 27 процентов за счет разуплотнения почвы при глубокой обработке междурядий, лучшему увлажнению и сохранению в почве влаги.
Отметили, что позиционирование беспилотного воздушного судна в условиях закрытого грунта возможно без применения спутниковой навигации. Внесение изменений в стандартное программное обеспечение полетного контроллера с внедрением программных блоков по обработке и дешифрации данных видеопотокового сенсора и лазерного дальномера позволяют добиться высокой точности определения координат по высоте и в плане. (Цель исследования) Определение параметров точности позиционирования беспилотного воздушного судна при использовании в качестве приборов для вычисления координат видеопотокового сенсора и лазерного дальномера. (Материалы и методы) Изучили данные, поступающие от сенсора optical flow & LIDAR sensor 3901-L0X в полетный контроллер беспилотного воздушного судна, полученные с помощью порта отладчика. Использовали детектор Canny и фильтр Гаусса для определения точных контуров контрастных объектов на горизонтальной плоскости и вычисления координат множества точек при обработке данных видеопотока, а также коэффициента их масштабирования по данным лазерного дальномера. При обработке данных исследований использованы методы математической статистики для определения погрешностей вычисления координат позиционирования. (Результаты и обсуждения) Установили, что полученные данные с видеопотокового сенсора и значения высоты, полученные от лазерного дальномера, обладают высокой точностью и позволяют проводить аэрофотосъемку состояния сельскохозяйственных биообъектов в условиях закрытого грунта. (Выводы) Определили, что программное обеспечение для обработки данных видеопотока и лазерного дальномера позволяет осуществлять аэрофотосъемку в условиях закрытого грунта с вычислением координат беспилотного воздушного судна в пространстве с точностью более 95 процентов.
Аэрофотосъемка для сельского хозяйства стала важным инструментом; позволяющим фермерам и агрономам получать актуальную информацию о состоянии сельскохозяйственных угодий. (Цель исследования) Выполнить ретроспективный анализ совершенствования технологии аэрофотосъемки сельскохозяйственных угодий для формирования периодизации развития аэрофотосъемочного оборудования и воссоздания целостной картины их эволюции. (Материалы и методы) Выполнили систематический обзор литературы с помощью историко-аналитического метода. Изучили оригинальные работы отечественных и зарубежных авторов: монографии; научные журналы; материалы конференций; экспозиции музеев; фотоматериалы и исходный код программного обеспечения в открытом доступе. (Результаты и обсуждение ) Выделено четыре основных этапа в развитии аэрофотосъемочного оборудования. Периодизация основана на изменении типа камер и летательных аппаратов; на которые они устанавливались. Проведено сравнение аэрофотоаппаратов для аэрофотосъемки; начиная с камер; использующих мокрые коллодиевые пластины; до современных цифровых аэрофотоаппаратов; устанавливаемых на беспилотные воздушные суда. (Выводы) Процесс разработки и создания аппаратуры для аэрофотосъемки сельскохозяйственных земель происходил скачкообразно. В настоящее время актуально использовать беспилотные воздушные суда с камерами видимого диапазона и мультиспектральными камерами при аэрофотосъемке сельскохозяйственных угодий. Предположили; что дальнейшее развитие цифровых камер для аэрофотосъемки будет направлено на повышение пространственного разрешения; их гибридизацию и интеллектуализацию.
К основным причинам усиления антропогенного воздействия на окружающую среду относится интенсификация сельскохозяйственного производства; в частности наращивание мощностей на предприятиях; производящих продукцию растениеводства. Одним из подходов митигации экологических рисков является частичный переход к органическим видам хозяйствования. Однако для устойчивого развития органического производства в РФ требуется создать наукоемкую среду для интеграции последних достижений в биологических; инженерных и цифровых науках с целью формирования методов для проектирования технологий органического производства продукции растениеводства. (Цель исследования) Теоретические исследования по разработке методов проектирования машинных технологий органического производства продукции растениеводства. (Материалы и методы) Проведен анализ разработанных ранее методов проектирования; их преимуществ и недостатков. Основываясь на этом анализе; на наш взгляд; рационально интерпретировать классический метод Waterfall - каскадный метод проектирования. (Результаты и обсуждение) На начальной стадии реализации каскадной модели разработана блок-схема генерального алгоритма проектирования машинных технологий производства органической продукции растениеводства. На первом этапе генерального алгоритма проводится анализ почвенно-климатических и хозяйственных условий и после их фиксации происходит переход к выбору средств производства (семенной материал; система удобрений и система защиты растений). Выбор осуществляется по критериям экологической безопасности; качеству получаемой продукции; потенциальной урожайности и затратам денежных средств. Следующим этапом алгоритма предусмотрен выбор рациональных вариантов технологических операций и машинно-тракторных агрегатов. Выбор осуществляется согласно разработанному интегральному эколого-экономическому критерию; который представлен в виде суммы совокупных затрат денежных средств на выполнение единицы наработки; экономического убытка от потери питательных элементов из пахотного горизонта и экономического убытка от переуплотнения почвы при выполнении технологических операций. Интегральный эколого-экономический критерий должен стремиться к минимуму для каждой технологической операции. (Выводы) Предложенные методы проектирования технологий органического производства продукции растениеводства позволят сформировать цифровую систему базовых технологий и машин и разрабатывать технологические карты по органическому возделыванию культур для конкретных почвенно-климатических и хозяйственных условий.
Отметили актуальность изучения истории развития научных школ по направлению механизации сельского хозяйства в региональных университетах, раскрывающей механизмы формирования научных коллективов и трансмиссии знаний в аграрном образовании. (Цель исследования) Обобщить историко-научный материал о становлении и развитии научных школ по механизации сельского хозяйства в Башкирском государственном аграрном университете. (Материалы и методы) Исследование основано на комплексном анализе источников информации: архивных материалах, данных о защитах диссертаций, опубликованных работах, патентах с применением хронологического, персоналистического, институционального и компаративного подходов за период 1930-2025 годов. (Результаты и обсуждение) Выявлены и признаны научные школы, которые формировались вокруг групп лидеров: А. П. Иофинова и С. Г. Мударисова (кафедра сельскохозяйственных машин), Р. М. Баширова и И. И. Габитова (кафедра тракторов и автомобилей), В. С. Ибрагимова, Э. Л. Левина и М. Н. Фархшатова (кафедра технологии металлов и ремонта машин). Каждая научная школа имеет свою специфику развития по объемам фундаментальных и прикладных исследований, инвестициям в лабораторную базу, грантовой поддержке. Методология трансформировалась от классических экспериментов к математическому моделированию, компьютерным симуляциям и современным цифровым двойникам с искусственным интеллектом. (Выводы) Научные школы Башкирского государственного аграрного университета продемонстрировали преемственность и адаптивность к технологическим вызовам на протяжении 95 лет. Сочетание научного руководства со стороны выдающихся ученых, государственной поддержки и партнерских отношений с промышленностью способствовало институционализации научных школ, повышению их эффективности в решении современных задач агропромышленного производства.