СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОДНОВРЕМЕННОГО ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ СЫПУЧИХ АГРОХИМИКАТОВ И СЕВА Российский патент 2018 года по МПК A01B79/02 A01C17/00 A01C5/08 

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства, в частности к машинам и способам для одновременного внесения твердых сыпучих средств химизации в почву и сева.

Известен способ и устройство дифференцированного припосевного внесения минеральных удобрений в виде основной и стартовой доз, которые вносят одновременно с посевом и совместно с семенами на 4-10 см глубже заделки семян. Перед посевом получают информацию о параметрах плодородия поля в системе глобальных координат. Затем составляют электронную карту рациональной потребности в элементах питания возделываемой культуры для получения оптимальной урожайности. Устанавливают необходимую дозу внесения минеральных удобрений на каждый элементарный участок поля. Данные с карты передаются в микропроцессор, управляющий работой дозатора минеральных удобрений. Высеваемое количество удобрений, предназначенное для каждого элементарного участка поля, распределяют на стартовую и основную дозы. Устройство для дифференцированного припосевного внесения основных и стартовых доз минеральных удобрений включает бункер для семян и бункер для удобрений, дозатор семян, высокоадаптивный дозатор удобрений, пневматические системы высева семян и удобрений. Устройство снабжено системой позиционирования ГЛОНАС/GPS. Способ и устройство обеспечивают рациональное управление продукционным процессом, повышающим окупаемость и эффективность минеральных удобрений (патент RU №2452167, А01С 17/00, дата начала действия 01.11.2010).

В указанном способе отсутствует операция определения доз внесения минеральных удобрений, учитывающих фактическое содержание элементов питания в почве и обеспечивающих рациональное управление продукционным процессом как на текущем периоде вегетации, так и на последующие годы действия удобрений. Кроме того, в указанном способе отсутствует операция определения норм высева семян, которая зависит от вида культуры, сорта, типа и уровня плодородия почвы.

В свою очередь в указанном устройстве отсутствует блок определения требуемой дозы внесения удобрений и нормы высева, кроме того, ему свойственны ошибки в дозировании удобрений и нормы высева семян, связанные с изменением плотности, влажности и фракционного состава твердых сыпучих минеральных удобрений, мелиорантов и изменениями реологических свойств семенного материала, размеров отдельных семян и пропусками в высевающих аппаратах.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению в части способа является способ, в котором для повышения величины и надежности процесса формирования урожая информацию о физических свойствах, химическом составе почвы и растений получают периодическим отбором проб на малых тестовых площадках, расположенных рядом с основным полем, на которых возделывается одна и та же культура, как и на основном поле, и которые отличаются друг от друга разными фиксированными уровнями технологических воздействий, одновременно с отборами проб на тестовых площадках средствами авиационного дистанционного зондирования формируют мультиспектральные изображения тестовых площадок и основного поля, по полученной спектральной информации и отобранным пробам уточняют математическую модель оптических измерений, отражающую связь состояния посевов и почвенной среды на тестовых площадках с параметрами отражения во всех используемых спектрах, по спектральной информации, полученной по всей площади основного поля, посредством математической модели оптических измерений оценивают состояние посевов и почвенной среды на основном поле для каждого момента времени измерения, по полученным оценкам и сигналам от метеостанции о температуре окружающего воздуха, уровне солнечной радиации и интенсивности осадков уточняют параметры математических моделей состояния посевов и почвенной среды, по которым затем уточняют оптимальную программу изменения средних по полю показателей развития растений и параметров почвенной среды, в реальном времени при рабочих проходах технологических машин одновременно с измерением пространственных координат повторно формируют мультиспектральную картину всей площади основного поля, по которой с заданным шагом пространственной дискретизации оценивают состояние посевов и почвенной среды, полученные оценки на отдельных малых фрагментах поля сравнивают с их оптимальными средними значениями, полученными при формировании оптимальной программы изменения средних по полю показателей развития растений и параметров почвенной среды, по результатам сравнения формируют поправки к средним оптимальным значениям параметров технологических воздействий и для каждого малого фрагмента поля определяют размер общего технологического воздействия, складывающегося из оптимального среднего и локальной поправки в заданной пространственной координате (патент №2537912, А01В 79/02, A01G 1/00, дата начала действия от 29.04.2013, прототип способа).

В указанном способе отсутствует операция определения доз внесения минеральных удобрений, учитывающих фактическое содержание элементов питания в почве и обеспечивающих рациональное управление продукционным процессом, как на текущем периоде вегетации, так и на последующие годы действия удобрений. Кроме того, в указанном способе отсутствует операция определения норм высева семян, которая зависит от вида культуры, сорта, типа и уровня плодородия почвы.

Заявляемый способ одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева решает задачу снижения суммарных потерь урожая всех культур используемого севооборота.

Заявляемый способ одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева, как и прототип, включает в себя операции по формированию заданных доз агрохимикатов и внесению их путем автоматического регулирования расхода рабочих органов. При этом для формирования заданных доз производят периодический отбор проб на малых тестовых площадках, расположенных рядом с основным полем, на которых возделывается одна и та же культура, как и на основном поле, и которые отличаются друг от друга разными фиксированными уровнями технологических воздействий, одновременно с отборами проб на тестовых площадках средствами авиационного дистанционного зондирования формируют мультиспектральные изображения тестовых площадок и основного поля, по полученной спектральной информации и отобранным пробам уточняют математическую модель оптических измерений, отражающую связь состояния посевов и почвенной среды на тестовых площадках с параметрами отражения во всех используемых спектрах, по спектральной информации, полученной по всей площади основного поля, посредством математической модели оптических измерений оценивают состояние посевов и почвенной среды на основном поле для каждого момента времени измерения, по полученным оценкам и сигналам от метеостанции о температуре окружающего воздуха, уровне солнечной радиации и интенсивности осадков уточняют параметры математических моделей состояния посевов и почвенной среды.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что в математическую модель связи между урожаем культур с дозами удобрений, содержащих калий, фосфор, и показателем кислотности почвы вводят показатель нормы высева семян культур, отбор проб почв и растений на тестовых площадках осуществляют в начале и в конце периода вегетации, а формирование мультиспектрального изображения посевов на тестовых площадках и основных полях и уточнение параметров моделей производят в конце периода вегетации, посредством математических моделей связи оптических показателей и параметров состояния посевов сначала оценивают урожай культур по всей площади поля, а затем на основании оценок урожая культур по моделям связи между урожаем культур с дозами удобрений и нормами высева семян оценивают содержание калия, фосфора и показатель кислотности почвы по площади полей, после уборки урожая на всех полях севооборота по моделям связи между урожаем культур с дозами удобрений и нормами высева семян определяют оптимальные значения доз удобрений, содержащих калий, фосфор, кальций, и норм высева семян для последующих культур севооборота; оценки распределения содержания калия, фосфора, показателя кислотности и фактической нормы высева семян по площадям полей сравнивают с оптимальными значениями и полученную разность с учетом смены культур в севооборотах вносят перед посевом на каждом элементарном участке поля, а культуры высевают по полученным оптимальным значениям норм высева.

Заявляемый способ за счет одновременной оптимизации доз удобрений пролонгированного воздействия и норм высева позволяет согласовать плодородие почв и продуктивность посевов и тем самым существенно повысить урожайность всех культур севооборотов в условиях пространственной неоднородности почв сельскохозяйственных полей.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению в части устройства является устройство, содержащее число рабочих органов, равное числу обслуживаемых элементарных участков поля, размеры которых составляют 1,5-2,0 м², причем рабочие органы устройства оборудованы индивидуальными объемными и весовыми дозаторами сыпучих агрохимикатов с индивидуальными регуляторами доз, при этом объемные дозаторы выполнены в виде шаговых двигателей с внешним ротором в виде зубчатых венцов для дозированной подачи агрохимиката, снизу которых установлены тройники, на выходе которых установлены весовые дозаторы, выполненные в виде поворотных управляемых весочувствительных заслонок, а боковые входы тройников соединены с воздухопроводами, оборудованными запорными электромагнитными клапанами, при этом сигнальные выходы весочувствительных заслонок соединены с первыми входами регуляторов доз, вторые входы которых соединены с выходами блоков определения заданных доз, входы которых соединены с сигнальными выходами мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, а выходы регуляторов доз соединены с управляющими входами шаговых двигателей и поворотными механизмами весочувствительных заслонок и запорных клапанов воздухопроводов (патент №2554987, начало действия 30.07.13, прототип устройства).

Заявляемое устройство решает задачу повышения точности одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов пролонгированного действия и норм высева семян культур в севооборотах.

Заявляемое устройство дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева, как и прототип, содержит число рабочих органов, равное числу обслуживаемых элементарных участков поля, размеры которых составляют 1,5-2,0 м², при этом рабочие органы устройства оборудованы индивидуальными объемными и весовыми дозаторами сыпучих агрохимикатов с индивидуальными регуляторами доз, объемные дозаторы выполнены в виде шаговых двигателей с внешним ротором в виде зубчатых венцов для дозированной подачи агрохимиката, снизу которых установлены тройники, на выходе которых установлены весовые дозаторы, выполненные в виде поворотных управляемых весочувствительных заслонок, а боковые входы тройников соединены с воздухопроводами, оборудованными запорными электромагнитными клапанами, при этом сигнальные выходы весочувствительных заслонок соединены с первыми входами регуляторов доз, вторые входы которых соединены с выходами блоков определения заданных доз, а выходы регуляторов доз соединены с управляющими входами шаговых двигателей и поворотными механизмами весочувствительных заслонок и запорных клапанов воздухопроводов.

Заявляемое устройство дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева отличается от прототипа тем, что в него по числу объемных дозаторов агрохимикатов введены дополнительные объемные дозаторы семян, соединенные семенопроводами с трубопроводами подачи агрохимикатов, а также управляемые поворотные заслонки, перед которыми в семенопороводах установлены оптические счетчики семян, кроме того, в устройство введены блок определения доз внесения агрохимикатов и норм высева, а также регуляторы норм высева семян, к первым входам которого подключен выход блока определения доз внесения агрохимикатов и норм высева, а ко вторым входам подключены оптические счетчики семян, выходы регуляторов норм высева семян подключены к управляющим входам поворотных заслонок, установленных в семенопороводах.

Заявляемое устройство за счет наличия общего блока определения доз внесения агрохимикатов и норм высева семян, дополнительных дозаторов семян и регуляторов норм высева семян позволяет согласовать плодородие почв и продуктивность посевов и тем самым существенно повысить урожайность всех культур севооборотов в условиях пространственной неоднородности почв сельскохозяйственных полей.

На чертеже фиг. 1 представлена схема рабочего органа устройства, на фиг. 2 - продольный разрез рабочего органа для внесения агрохимикатов, на фиг. 3 - продольная схема агрегатирования устройства с трактором, на фиг. 4 - поперечная схема агрегатирования устройства с трактором, на фиг. 5 - схема блока формирования заданных доз агрохимикатов и норм высева семян культур, на фиг. 6 - дозы внесения мелиоранта по годам севооборота для примера реализации способа, на фиг. 7 - прогнозные и оптимальные значения кислотности почвы для примера реализации способа, на фиг. 8 - дозы внесения калия по годам севооборота для примера реализации способа, на фиг. 9 - прогнозные и оптимальные значения содержания калия в почве для примера реализации способа, на фиг. 10 - дозы внесения фосфора по годам севооборота для примера реализации способа, на фиг. 11 - прогнозные и оптимальные значения содержания фосфора в почве для примера реализации способа, на фиг. 12 - график идентификации математической модели урожая картофеля для примера реализации способа.

Устройство содержит первый общий для всех рабочих органов бункер 1 (фиг. 1, 2), разделенный на три секции, в которых отдельно содержатся калийные, фосфорные и кальциевые удобрения 2, и второй общий для всех рабочих органов бункер 3, в котором содержатся семена высеваемых культур 4. В донной суживающейся части секций бункера 1 размещено по два рабочих органа объемного дозирования агрохимикатов 5, число пар которых равно числу обслуживающих элементарных участков площадью 1,2-1,5 м². В донной части бункера 3 размещены рабочие органы объемного дозирования семян 6, число которых равно числу рабочих органов 5. Рабочие органы объемного дозирования агрохимикатов 5 выполнены в виде шаговых двигателей 7 с внешним ротором 8, на которых закреплены зубчатые венцы 9. Статоры всех шаговых двигателей 7 фиксируются на общей оси рабочих органов дозирования агрохимикатов 5. Рабочие органы объемного дозирования семян 6 также выполнены в виде шаговых двигателей 10 с внешним ротором 11, на которых закреплены зубчатые венцы 12. Статоры всех шаговых двигателей 10 фиксируются на общей оси рабочих органов дозирования семян 6.

В нижней части рабочих органов объемного дозирования агрохимикатов 5 установлены транспортные трубопроводы агрохимикатов, имеющие тройники 13, верхние раструбы 14 которых непосредственно сопряжены с выходами рабочих органов объемного дозирования, а в нижних раструбах 15 установлены поворотные управляемые весочувствительные заслонки 16, оборудованные круговыми электромагнитными исполнительными механизмами 17. Нижняя часть рабочих органов объемного дозирования семян 6 сопряжена с семенопроводами 18, в которых установлены поворотные управляемые заслонки 19, оборудованные круговыми электромагнитными исполнительными механизмами 20. На участках семенопроводов 18 между рабочими органами 6 и поворотными управляемыми заслонками 19 установлены оптические счетчики семян 21.

К боковым раструбам 22 тройников 13 прикреплены воздухопроводы 23, перекрываемые запорными клапанами 24 с исполнительными механизмами 25. Воздухопроводы соединены с воздушным ресивером 26, давление воздуха в котором поддерживается компрессором 27. Нижние раструбы 15 тройников 14 соединены с транспортными воздуховодами 28, выходы которых соединены с вихревыми диффузорами 29. Участки семенопроводов 18 после управляемых поворотных заслонок 19 соединены с нижними раструбами 15 транспортных трубопроводов агрохимикатов. Сигнальные выходы поворотных весочувствительных заслонок 16 соединены с первыми входами регуляторов доз агрохимикатов 30, вторые входы которых соединены с первыми выходами блока формирования заданных доз агрохимикатов и норм высева 31. Управляющие выходы регуляторов доз 30 соединены с управляемыми входами (статорами) 7 шаговых двигателей 4, а пусковой выход - с круговым электромагнитным исполнительным механизмом 17 поворотных весочувствительных заслонок 16 и исполнительными механизмами 25 запорных клапанов 24. Оптические счетчики семян 21 подключены к первым входам регуляторов норм высева 32, ко вторым входам которых подключен второй выход блока формирования заданных доз агрохимикатов и норм высева 31. Управляющие выходы регуляторов норм высева 32 соединены управляемыми входами (статорами) шаговых двигателей 10, а пусковой выход - с круговым электромагнитным исполнительным механизмом 20 поворотных управляемых заслонок 19.

Устройство базируется на тракторе 33 и полунавесной раме 34, опирающейся на колеса 35 (фиг. 3). К раме 34 крепится складывающаяся ферма 36 с установленными на ней вихревыми диффузорами 29 (на фиг. 3 пунктиром показана ферма 36 в сложенном виде). На раме крепится бункер 1 для агрохимикатов и бункер 3 для семян. В нижней части бункера 1 находится блок с дозирующими рабочими органами 5, а в нижней части бункера 3 находится блок дозирующих рабочих органов 6. Система транспорта агрохимикатов включает в себя тройники 13, верхние раструбы которых соединены непосредственно с выходами дозаторов объемного дозирования 5, в нижних раструбах 15 установлены поворотные весочувствительные заслонки 16. Боковые раструбы 22 тройников 13 соединены с воздуховодами 23, подключенными к воздушному ресиверу 16, давление в котором поддерживается компрессором 27. Система транспорта семян включает в себя семенопроводы 18 с установленными в них поворотными управляемыми заслонками 19, которые соединены с нижними раструбами 15 тройников 13 системы транспорта агрохимикатов и затем посредством транспортных воздуховодов 28 соединены с вихревыми диффузорами 29.

Блок формирования заданных доз агрохимикатов и норм высева 31 включает в себя блок оптических средств дистанционного зондирования 37, размещаемый на беспилотном летательном аппарате (на схеме не показан) и подключенный к базе данных дистанционного зондирования и наземных измерений 38, выход которой в свою очередь подключен к блоку идентификации параметров математических моделей 39. Выход блока 39 подключен к блоку оценивания величины урожая 40, куда также подключен и блок средств дистанционного зондирования 37. Выходы блока идентификации параметров математических моделей 39 и блока оценивания величины урожая 40 подключены к блоку оценивания содержания минеральных удобрений в почве 41. Кроме того, блок идентификации параметров математических моделей подключен к входу блока оптимизации доз внесения удобрений и норм высева семян 42. Выходы блока оценивания содержания минеральных удобрений в почве 41 и блока оптимизации доз внесения удобрений и норм высева семян 42 подключены к входам бока сравнения 43, выход которого соединен с входом блока хранения задающих программ доз внесения удобрений и норм высева семян 44.

Способ одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева работает следующим образом.

В начале периода вегетации очередной культуры севооборота на тестовых площадках вносят различные по величине дозы минеральных удобрений и высевают семена культуры с различными нормами высева. Тестовые площадки площадью 10-15 м² размещают рядом с полем, и их число может составлять от 10 до 30 единиц.

В конце периода вегетации этой культуры средствами оптического дистанционного зондирования 37 формируют данные дистанционного зондирования в виде мультиспектрального изображения посева на поле и тестовых площадках. С этих же площадок отбирают пробы почвы и растений и вместе с данными дистанционного зондирования заносят в базу данных 38. Данные дистанционного зондирования на тестовых площадках и проб растений из базы данных 38 поступают в блок 39, где оценивают параметры математической модели связи оптических параметров отражения в отдельных спектральных диапазонах и параметров биомассы посева культуры

где Y_u - реально используемый для оценки состояния биомассы вектор оптических показателей состояния посева, компонентами которого являются параметры отражения на различных оптических диапазонах, U - вектор измеряемых компонентов биомассы U^T=[u₁ u₂ u₃], в число которых входит u₁ - общая биомасса, кг/м²; u₂ - сухая часть биомассы, кг/м²; u₃ - товарная часть биомассы (урожай), кг/м²; D - матрица параметров, оцениваемых по данным базы данных; Е_u - вектор случайных ошибок измерения оптических показателей с нулевым вектором математических ожиданий и матрицей ковариаций R, (x,y) - пространственные координаты элементарного участка поля.

Кроме того, на основании данных отбора проб почвы и растений с тестовых площадок в блоке 39 оценивают параметры модели связи между урожаем культуры и дозами внесения минеральных удобрений и нормами высева семян культуры

где: V^T=[v₁ v₂ v₃ v₄] - вектор факторов урожая, включающий в себя компоненты: v₁ - кислотность почвы, рН; v₂ - содержание в почве калия, кг/га; v₃ - содержание в почве фосфора, кг/га; v₄ - норма высева семян культуры, кг/га; Т - индекс транспонирования вектора и матрицы; - матрица-строка параметров линейной части модели; - матрица параметров квадратичной части модели.

На момент отбора проб на тестовых площадках в базе данных 38 хранится информация за предыдущие годы севооборота, и при внесении новых данных по результатам вегетации текущего года в блоке 39 уточняют параметры математической модели межгодовой динамики среднего по полю содержания минеральных удобрений в почве

где: T - год севооборота, T - 1,2, …N; a₁₁-a₃₃, b₁₁-b₃₁, с₁₁-с₃₁ - параметры модели, d_1.1(T)-d_3.1(T)- дозы внесения минеральных удобрений по годам севооборота, соответственно, кальция, калия и фосфора.

По данным дистанционного зондирования, поступающим из блока 37, на основании параметров модели (1), поступающих из блока 39, в блоке 40 оценивают вектор измеряемых компонентов биомассы по всей площади поля посредством выполнения обратной по отношению к модели (1) процедуры

где - оценки вектора компонентов биомассы посева по площади поля, все остальные условные обозначения соответствуют модели (1).

Из всех компонентов вектора биомассы, формируемой блоком 40, выделяют компонент товарной продукции (урожая) , который поступает на вход блока 41, где посредством модели (2) оценивают вектор факторов текущего урожая на основании выполнения следующей процедуры минимизации

где - оценки вектора факторов текущего урожая по элементарным участкам площади поля.

После уборки урожая на всех полях севооборота информация о моделях (2), (3) поступает в блок оптимизации доз внесения удобрений и норм высева семян 42. В блоке оптимизации реализуется следующий алгоритм поиска оптимальных доз внесения удобрений и норм высева семян, в котором минимизируется следующий критерий оптимальности

где: С_u - цена единицы урожая, руб./кг; - вектор цен за единицу массы удобрений, руб./г, U(T) - заданный урожай по годам севооборота, D(T) - вектор доз внесения удобрений по годам севооборота.

Шаг 0. Задается итерационная переменная n=0, для очередного года севооборота Т=1 задаются начальные средние по полю значения вектора факторов урожая - V_n(T=1), принимаются среднемесячные нормы осадков по всем годам севооборота w(T), принимается начальная программа внесения агрохимикатов по годам севооборота D_n(T), T=1, 2, … N.

Шаг 1. Для заданного значения вектора факторов урожая V_n(T=1) вычисляют значения урожая по годам севооборота

.

Шаг 2. Решают уравнение динамики среднего по полю содержания минеральных удобрений в почве

,

,

,

Шаг 3. Для прямого во времени решения V_n(T), T=1, 2, … N вычисляют критерий оптимальности

, который сравнивают с заданным пороговым числом δ. Если I_n≤δ, то СТОП, иначе - переход к п. 3

Шаг 4. Ряд решений V_n(T), T=1, 2, … N разворачивают во времени V_n(-T), -T=N, N-1, … 1. Решают сопряженную модель справа - налево (от конца в начало севооборота)

, λ_1,n(N)=0,

, λ_2,n(N)=0,

, λ_3,n(N)=0.

Шаг 5. Находят значения градиентов по дозам внесения удобрений

g_1,1n=c_d1+b₁₁λ_1,1n,

g_2,1n=c_d2+b₂₂λ_2,1n,

g_3,1n=c_d3n+b₃₃λ_3,1n.

Шаг 6. Формируют очередное приближение доз внесения и норм высева семян

,

,

,

,

переход к шагу. 1, вплоть до выполнения условия I_n≤δ.

Полученные оптимальные значения доз внесения удобрений и норм высева семян для очередного года севооборота D^*(T=1) поступают на суммирующий вход блока сравнения 43, на вычитающий вход которого с выхода блока 41 поступают - оценки вектора факторов текущего урожая по элементарным участкам площади поля. Оценки оптимальных значений доз внесения удобрений и норм высева семян для последующих лет севооборота используются для прогнозных целей и планирования заготовок ресурсов удобрений и семян.

По результатам сравнения в блоке 43 выявляются отклонения содержания удобрений и норм высева на элементарных участках от оптимальных средних значений по площади поля

,

которые являются заданиями для регуляторов доз 30 и регуляторов норм высева семян 32 и поступают в блок хранения задающих программ доз внесения удобрений и норм высева семян 44.

Пример реализации способа показан на пятипольном севообороте, включающем в себя следующую последовательность культур: 1 - пшеница яровая, 2 - многолетние травы, 3 - картофель, 4 - рожь озимая, 5 - свекла столовая

Интервал управления составлял пять лет, т.е. был равен одному севообороту. На фиг. 6 представлена диаграмма внесения оптимальных доз внесения мелиоранта по годам севооборота, обеспечивающая минимум критерия (5). На фиг. 7 - динамика изменения показателя кислотности почв по годам севооборота, которая соответствует оптимальным дозам внесения мелиоранта. Из фиг. 7 видно, что предлагаемый способ обеспечивает не только минимум потерь урожая и расхода мелиоранта, но и достижение наилучшего приближения показателя кислотности почв к оптимальным значениям для всех культур севооборота. На фиг. 8 представлена диаграмма оптимальных доз внесения калия по всем годам севооборота, обеспечивающая минимум критерия (5). На фиг. 9 представлена динамика содержания калия в почве, соответствующая оптимальным дозам внесения калия по годам севооборота, из которой видно, что предлагаемый способ позволяет не только минимизировать потери урожая и расхода калийных удобрений, но и обеспечивает минимальное отклонение прогнозных значений содержания калий в почве от оптимальных значений для всех культур севооборота. Аналогичные выводы можно сделать и по фиг. 10, 11, где представлена оптимальная последовательность доз внесения фосфора и динамика его содержания в почве по годам севооборота. На фиг. 12 показан результат идентификации модели урожая картофеля, из которого видно, что из всех возможных сочетаний факторов урожая всегда находится сочетание, обеспечивающее максимум величины урожая. Это указывает на возможность одномерной оптимизации норм высева семян культур для любого сочетания показателей плодородия почвы. Для остальных культур формы графиков идентификации подобны фиг. 12. В таблице 1 приведены оптимальные нормы высева по всем культурам севооборота, полученные для оптимального сочетания всех рассматриваемых факторов плодородия почвы.

Все результаты формируются блоком 42 и являются средними значениями по площади поля. Для очередного года севооборота они сравниваются с фактическими оценками факторов урожая, полученными в блоке 41. По результатам сравнения в блоке 43 выявляются отклонения содержания удобрений и норм высева на элементарных участках от оптимальных средних значений по площади поля, которые являются заданиями для регуляторов доз 30 и регуляторов норм высева семян 32 и поступают в блок хранения задающих программ доз внесения удобрений и норм высева семян 44. В силу большого объема используемой информации пример формирования оценок факторов урожая здесь не приводится.

Устройство одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева работает следующим образом.

Перед началом очередного вегетационного периода в блоке 44 блока формирования блока формирования заданных доз агрохимикатов и норм высева 31 содержится информация об оптимальных дозах внесения и нормах высева по всем элементарным участкам площади поля с пространственными координатами (x,y) - Z(x,y).

Перед началом движения машины по полю машина находится на первой линии элементарных участков поля. Посредством системы геопозиционирования GPS или ГЛОНАСС определяются пространственные координаты элементарных участков (x,y) и для каждой координаты из блока хранения задающих программ доз внесения удобрений и норм высева семян 44 извлекают задания Z(x,y), из которых первых два компонента поступают на задающие входы регуляторов доз удобрений 30, а третий компонент поступает на задающий вход регуляторов норм высева 32. При поступлении сигналов заданий на регуляторы доз внесения удобрений 30 включаются шаговые двигатели 7, которые посредством вращения роторов 8 и зубчатых венцов 9 сбрасывают удобрения на весочувствительные заслонки 16. Одновременно при поступлении сигналов заданий на регуляторы норм высева семян 32 включаются шаговые двигатели 10, которые посредством вращения роторов 10 и зубчатых венцов 11 сбрасывают семена, подсчитываемые счетчиком семян 21, на поворотные заслонки 19.

Сигналы с весочувствительных заслонок 16 поступают на сигнальные входы регуляторов доз внесения удобрений 30, и, как только эти сигналы сравняются с заданными сигналами блока 44, с выхода регуляторов 30 одновременно подаются сигналы на круговые исполнительные механизмы 17 весочувствительных заслонок 16 и на исполнительные механизмы 25 запорных клапанов 24 на воздухопроводах 23. Одновременно, как только сигналы с выходов счетчиков семян 21 сравняются с сигналами задания блока 44, с выходов регуляторов норм высева 32 подаются сигналы на круговые исполнительные механизмы 20 поворотных заслонок 19.

При одновременной подаче управляющих сигналов с выходов регуляторов доз внесения удобрений 30 и норм высева 32 на исполнительные механизмы 17, 25, 20 происходит одновременное открытие весочувствительных заслонок 16, запорных клапанов 24 и поворотных заслонок 19. Это приводит к тому, что удобрения через нижние раструбы 15 и семена по семенопроводам 18 смешиваются в транспортных воздухопроводах 28 посредством воздушных струй, поступающих по воздухопроводам 23, и поступают на вихревые диффузоры 29, посредством которых обеспечивается равномерное внесение смеси удобрений и семян на каждом элементарном участке поля.

После срабатывания поворотных заслонок 16, 19 и клапанов 24 они возвращаются в исходное положение «закрыто» и машина начинает движение по полю к следующей линии элементарных участков. За промежуток времени, требуемый для перемещения машины на очередную линию элементарных участков, весь цикл повторяется в той же последовательности. При этом на всех линиях элементарных участков, начиная со второй, открытие поворотных заслонок 16, 19 и клапанов 24 происходит не только по сигналам регуляторов доз удобрений 30 и норм высева семян 32, а и по сигналу таймера, отсчитывающего время перемещения машины на очередную линию элементарных участков поля. Такие технологические циклы повторяются до последней линии элементарных участков поля.

Заявляемый способ и устройство за счет совместной оптимизации доз внесения мелиорантов, удобрений и норм высева семян и точного исполнения заданных доз на каждом элементарной участке позволят повысить урожайность большинства сельскохозяйственных культур не менее чем на 50-75%.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к способу одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева и устройству для его осуществления. Изобретением предусмотрены операции по формированию оптимальных доз агрохимикатов, на основании мультиспектральных изображений, по которым уточняют параметры математических моделей, оценивают величину урожая и содержание элементов минерального питания в почве. Далее оценки сравнивают с оптимальными значениями и полученную разность вносят перед посевом на каждом элементарном участке поля, а культуры высевают по полученным оптимальным значениям норм высева. По числу объемных дозаторов агрохимикатов в устройство введены дополнительные объемные дозаторы семян, соединенные семенопроводами с трубопроводами подачи агрохимикатов, а также управляемые поворотные заслонки, перед которыми в семенопороводах установлены оптические счетчики семян. Кроме того, в устройство введены блок определения оптимальных доз внесения агрохимикатов и норм высева, а также регуляторы норм высева семян. Таким решением обеспечивается повышение урожайности сельскохозяйственных культур. 2 н.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

1. Способ одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева, включающий в себя операции по формированию заданных доз агрохимикатов и внесению их путем автоматического регулирования расхода рабочих органов, где для формирования заданных доз производят периодический отбор проб на малых тестовых площадках, расположенных рядом с основным полем, на которых возделывается одна и та же культура, как и на основном поле, и которые отличаются друг от друга разными фиксированными уровнями технологических воздействий, одновременно с отборами проб на тестовых площадках средствами авиационного дистанционного зондирования формируют мультиспектральные изображения тестовых площадок и основного поля, по полученной спектральной информации и отобранным пробам уточняют математическую модель оптических измерений, отражающую связь состояния посевов и почвенной среды на тестовых площадках с параметрами отражения во всех используемых спектрах, по спектральной информации, полученной по всей площади основного поля, посредством математической модели оптических измерений оценивают состояние посевов и почвенной среды на основном поле для каждого момента времени измерения, по полученным оценкам и сигналам от метеостанции о температуре окружающего воздуха, уровне солнечной радиации и интенсивности осадков уточняют параметры математических моделей состояния посевов и почвенной среды, отличающийся тем, что в математическую модель связи между урожаем культур с дозами удобрений, содержащих калий, фосфор, и показателем кислотности почвы вводят показатель нормы высева семян культур, отбор проб почв и растений на тестовых площадках осуществляют в начале и в конце периода вегетации, а формирование мультиспектрального изображения посевов на тестовых площадках и основных полях и уточнение параметров моделей производят в конце периода вегетации, посредством математических моделей связи оптических показателей и параметров состояния посевов сначала оценивают урожай культур по всей площади поля, а затем на основании оценок урожая культур по моделям связи между урожаем культур с дозами удобрений и нормами высева семян оценивают содержание калия, фосфора и показатель кислотности почвы по площади полей, после уборки урожая на всех полях севооборота по моделям связи между урожаем культур с дозами удобрений и нормами высева семян определяют оптимальные значения доз удобрений, содержащих калий, фосфор, кальций, и норм высева семян для последующих культур севооборота, оценки распределения содержания калия, фосфора, показателя кислотности и фактической нормы высева семян по площадям полей сравнивают с оптимальными значениями и полученную разность с учетом смены культур в севооборотах вносят перед посевом на каждом элементарном участке поля, а культуры высевают по полученным оптимальным значениям норм высева.

2. Устройство одновременного дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов и сева, содержащее число рабочих органов, равное числу обслуживаемых элементарных участков поля, размеры которых составляют 1,5-2,0 м², в котором рабочие органы устройства оборудованы индивидуальными объемными и весовыми дозаторами сыпучих агрохимикатов с индивидуальными регуляторами доз, причем объемные дозаторы выполнены в виде шаговых двигателей с внешним ротором в виде зубчатых венцов для дозированной подачи агрохимиката, снизу которых установлены тройники, на выходе которых установлены весовые дозаторы, выполненные в виде поворотных управляемых весочувствительных заслонок, а боковые входы тройников соединены с воздухопроводами, оборудованными запорными электромагнитными клапанами, при этом сигнальные выходы весочувствительных заслонок соединены с первыми входами регуляторов доз, вторые входы которых соединены с выходами блоков определения заданных доз, а выходы регуляторов доз соединены с управляющими входами шаговых двигателей и поворотными механизмами весочувствительных заслонок и запорных клапанов воздухопроводов, отличающееся тем, что в него по числу объемных дозаторов агрохимикатов введены дополнительные объемные дозаторы семян, соединенные семенопроводами с трубопроводами подачи агрохимикатов, а также управляемые поворотные заслонки, перед которыми в семенопороводах установлены оптические счетчики семян, кроме того, в устройство введены блок определения доз внесения агрохимикатов и норм высева, а также регуляторы норм высева семян, к первым входам которых подключен выход блока определения доз внесения агрохимикатов и норм высева, а ко вторым входам подключены оптические счетчики семян, выходы регуляторов норм высева семян подключены к управляющим входам поворотных заслонок, установленных в семенопороводах.