Сам себе программист на поливе
Современные требования к орошению диктуют необходимость учета массы факторов, определяющих его эффективность. Особняком стоят те, что связаны с эксплуатацией дождевальных машин.
Для обеспечения нужных сроков и норм полива сельхозкультур необходимо оперативно и грамотно оценивать целый комплекс параметров, связанных с техническими возможностями обеспечивающих эти сроки и нормы дождевальных машин, то есть производительность, интенсивность дождя, скорость движения, давление воды и так далее. А еще сейчас требуется учитывать целую серию особенностей и возможностей семейства современных дождевальных машин. Это возможность использовать установки с разными типами приводов: электроприводом, гидроприводом, двигателем. Возможность использовать дождевальные машины с фиксированными, буксируемыми или шагающими опорами. Сюда же входит работа таких установок на полях сложной формы, полив горных и предгорных участков. Дальше в этом списке — возможность управления клиренсом тележек, применения установок с подачей воды по трубопроводу или шлангу, разворачивания дождевальной машины на поле. Затем идут дистанционные мониторинг и управление машиной, функции контроля влажности почвы, использование оборудования для внесения удобрений, наличие внутренней компьютерной системы управления машиной и ее самодиагностикой, системы навигации и т. д.
Мало того, появление у дождевальных машин последнего поколения большого числа разного рода новых функций и опций определяет возможность программного цифрового управления процессами полива в зависимости от специфики и особенностей орошаемого участка. Скажем, появление у современных дождевальных машин функции системы распределения воды VRI Speed Control предполагает возможность программируемого ускорения или замедления движения для обеспечения разных поливных норм в разных зонах. Присутствие VRI Zone Control — это программируемое открывание и закрывание вентилей разбрызгивателей в зонах с особо управляемой водоподачей. Например в районе эксплуатационных площадок, дорог, канав и т. п.
При всем том остаются актуальными основные задачи эксплуатации дождевальных машин — оперативное управление ими, техническое обслуживание и ремонт.
Конечно, учет всей массы таких показателей требует серьезных затрат и усилий на обработку оперативно меняющейся информации, принятие адекватных решений. И одним из направлений здесь должны стать разработка и внедрение искусственного интеллекта. Разговор идет не только о больших IT-средствах, нацеленных на поддержку научных исследований, решение задач проектирования, автоматизации документооборота, но и так называемых малых IT-средств, ориентированных на информационно-технологическую поддержку специалистов, работающих непосредственно «на земле». Они должны быть недороги, просты в эксплуатации и при этом помогать переходу на отечественные средства и технологии, включая технологии орошаемого земледелия. Опытные разработки уже доказали свою актуальность.
Сейчас представим пример создания средств информационно-технологической поддержки при эксплуатации дождевальных машин. Реализованы они на базе популярного и общедоступного пакета Microsoft Office (или его отечественного аналога). А служат поддержке классических задач эксплуатации дождевальных машин — расчет требуемой продолжительности полива и его площади, навигация местоположения машины на поле, расчет отработанных машино-часов с начала сезона, определение необходимости и сроков технического обслуживания и т. д.
Для разработки этих средств информационно-технологической поддержки задач эксплуатации дождевальных машин в качестве исходных данных использовались следующие. Тип дождевальной машины и ее расходы; интенсивность дождя; скорости движения; слой воды, выливаемой за один проход или оборот соответственно для машин фронтального или кругового действия; время полного прохода или оборота дождевальной установки; коэффициент использования машины в течение суток; время наработки в машино-часах; объем воды, поданной на поле с начала поливного сезона; время, в течение которого осуществляется полив, и другие показатели. Кроме того, использовали данные об орошаемом объекте: площадь этого поля, сведения о культуре, установленная поливная норма, объем воды, вылитой с начала орошения, и др.
В качестве дождевальной машины, для которой был продемонстрирован вариант использования средств информационно-технологической поддержки, был использован «Фрегат». Основу средств информационно-технологической поддержки составили наши разработки, реализованные на базе широкодоступных и популярных программных средств.
Разработанный в процессе этих исследований и инженерно-технических работ алгоритм информационно-технологической поддержки эксплуатации дождевальной машины представлен на схеме.
Дальше приводим описание алгоритма. Обратите внимание: здесь нет точных исходных и рассчитываемых данных, поскольку они диктуются конкретными условиями эксплуатации орошаемого участка и технических характеристик дождевальной машины. Детализация этих параметров приводится в описываемом ниже варианте программной реализации алгоритма применительно к одной из дождевальных машин. Приведенный алгоритм сводится к следующему.
1. Производится ввод исходных данных об объекте полива (орошаемом поле). Блок 1.
2. Производится ввод исходных данных о технических и других характеристиках дождевальной машины, используемой для полива исходного орошаемого поля. Блок 2.
3. Производится ввод времени, в течение которого осуществляется полив. Блок 3. На основании этих и ранее введенных исходных данных осуществляется расчет политой на данный момент площади поля. Блок 4. Затем — поданной к этому времени части поливной нормы. Блок 5.
4. Производится сравнение поданной к данному моменту времени части поливной нормы с величиной требуемой поливной нормы (заданной в качестве исходных данных). В случае выполнения этого условия выдается сообщение «Поливная норма выполнена». Оно информирует персонал, осуществляющий эксплуатацию машины, о необходимости прекращения полива.
5. Производится расчет объемов воды, поданных на поле с начала полива. Блок 8. Затем — с начала оросительного сезона. Блок 9.
6. Расчетным путем определяется местоположение дождевальной машины на орошаемом поле. Блок 10. Для машин фронтального действия оно может выражаться в расстоянии от начала поля в метрах, кругового — в виде угла поворота относительно ее исходного положения в градусах.
7. Рассчитывается время, которое дождевальная машина отработала на момент проведения расчета. Блок 11. Это время в зависимости от особенностей дождевальной машины может исчисляться от начала полива, сезона или эксплуатации.
8. Производится сравнение количества часов, отработанных дождевальной машиной, с нормативами ее технического обслуживания. Блок 12. В случае установления необходимости проведения технического обслуживания выдается сообщение об этом. Блок 13. Сообщение информирует персонал, осуществляющий эксплуатацию машины, о проведении этого вида работ.
9. На основании проведенных расчетов может формироваться дополнительная особо важная и/или графическая информация. Блок 14. Она позволяет более качественно оценивать складывающуюся на объекте ситуацию и оперативно принимать инженерно-технические решения.
Экранная форма программы включила в себя следующие функциональные зоны.
1. «Зону ввода исходных данных об объекте полива», обеспечивающую ввод следующих исходных данных: о площади полива орошаемого поля; о выращиваемой на поле сельскохозяйственной культуре; о требуемой поливной норме; об объеме воды, поданной на поле с начала орошения.
2. «Зону ввода исходных данных о технических характеристиках дождевальной машины», обеспечивающую ввод следующих исходных данных: о типе используемой дождевальной машины; о производительности (расходе) дождевальной машины; об интенсивности создаваемого дождя; о слое воды, выливаемой за один оборот (проход) дождевальной машины; о времени, за которое дождевальная машина делает один полный оборот (проход) орошаемого поля; о коэффициенте использования дождевальной машины в течение суток; о количестве часов (наработке) дождевальной машины на начало полива.
3. «Зону расчета показателей полива», в которой производится расчет следующих показателей: политой на данное расчетное время площади; фактически вылитой части поливной нормы и ее доли от требуемой; объема воды, поданного на поле с начала полива; объема воды, поданного на поле с начала сезона, включая текущий полив.
4. «Зону расчета показателей технической эксплуатации дождевальной машины», в которой производится расчет следующих показателей: количества часов (наработки) дождевальной машины на расчетное время; необходимости проведения технического обслуживания дождевальной машины (ежесменное, техническое обслуживание №1, №2 и т. п.); местоположения дождевальной машины на поле относительно его начала.
5. «Зону отображения графической информации», обеспечивающей более наглядное отображение некоторых наиболее значимых показателей эксплуатации дождевальной машины. Например, планируемых и фактических объемов воды, поданных дождевальной машиной; визуальное местоположение дождевальной машины на поле и т. п.
6. «Зону выбора конкретной дождевальной машины», представляющую собой набор закладок, обеспечивающих переход к аналогичным программным модулям, осуществляющим информационно-технологическую поддержку работы других дождевальных машин, которые обслуживает пользователь.
В реальных условиях, когда состав дождевальных машин в хозяйстве постоянный, рекомендуется для каждой использовать отдельный программный модуль. Эти модули могут располагаться на отдельных закладках программного комплекса, например ДМ «ДДА-100МА», ДМ «Фрегат» и т. д.
Методика работы с представленными средствами информационно-технологической поддержки предполагает интерактивный режим работы с ними и сводится к следующему.
1. В ячейки экранной формы программы вводятся соответствующие исходные данные (на экранной форме они выделены отдельным цветом).
2. Контролируется правильность и корректность результатов расчетов, осуществляемых автоматически (на экранной форме выделены отдельным цветом).
3. Вводятся оперативные данные о работе дождевальной машины по проведению поливов (на экранной форме выделены отдельным цветом).
4. Производится оценка результатов работы. Рекомендуется использовать сообщения-подсказки, генерируемые программой.
5. После завершения работы результаты могут быть переданы другим заинтересованным службам эксплуатации орошаемого участка.
Представленные алгоритм и компьютерная программа — один из многочисленных и простейших вариантов решения задач эксплуатации орошаемых земель с использованием малых IT-средств. Главные достоинства такого решения — простота создания и использования, возможность адаптации к реальным условиям эксплуатации самими эксплуатационными службами в зависимости от реально складывающейся ситуации в хозяйстве или на орошаемом массиве.
Поскольку в одном хозяйстве может одновременно работать несколько типов и единиц дождевальных машин, для каждой можно использовать отдельные аналогичные программные модули, объединенные в единый комплекс. Это дает возможность системно обрабатывать и оценивать информацию о работе значительно отличающихся по специфике и режимам дождевальных машин. В ряде случаев это позволяет оперативно промоделировать ситуацию для сравнения альтернативных вариантов, выявления потребностей в ресурсах, разработки графиков технического обслуживания дождевальных машин.
Удобно и то, что предлагаемые и подобные им программные средства можно легко установить в виде специальных приложений на ноутбуки, планшеты, смартфоны и другие гаджеты. Это заметно снижает затраты на приобретение дополнительных специальных технических средств, необходимых для обеспечения работы таких программ, их обслуживание и эксплуатацию. К тому же они способны обеспечивать информационную совместимость с другими средствами информационно-технологической поддержки, используемыми при организации производственной деятельности на орошаемых землях.
Екатерина Волкова,
аспирант Новочеркасского инженерно-мелиоративного института Донского государственного аграрного университета