Цифровые технологии в сельском хозяйстве

Цифровые технологии в сельском хозяйстве

Цифровизация сельского хозяйства и проблемы продовольственной безопасности

Цифровизация сельского хозяйства необходима для повышения эффективности и устойчивости его функционирования путем кардинальных изменений качества управления как технологическими процессами, так и процессами принятия решений на всех уровнях иерархии, базирующихся на современных способах производства и дальнейшего использования информации о состоянии и прогнозировании возможных изменений управляемых элементов и подсистем, а также экономических условий в сельском хозяйстве.

Мировая практика и опыт успешных отечественных сельскохозяйственных производителей показывают, что применение современных цифровых технологий позволяет сформировать оптимальные почвенно-агротехнические и организационно-территориальные условия, обеспечивающие в течение всего жизненного цикла сельскохозяйственной продукции значительное повышение урожайности и производительности труда, снижение материальных затрат, электроэнергию, средства защиты растений, оплату труда и другие виды расходов, сохранение плодородия почв и защиту окружающей среды. Таким образом, наибольшим потенциалом в сельском хозяйстве будут обладать технологии мониторинга и управления техникой и технологии точного земледелия. 

Почвенные информационные системы

В рамках рассматриваемой проблематики Аграрный центр МГУ участвует в создании и обеспечении функционирования Информационной системы на основе Почвенно-географической базы данных Российской Федерации.

Применение информационных технологий в целях обработки данных и инвентаризации почв, осуществления мониторинга состояния почвенного покрова и принятия управленческих решений становится первостепенной задачей мирового почвоведения, как его вклада в решение глобальных задач ЦУР и борьбы с голодом, обеспечения состояния продовольственной безопасности и борьбы с деградацией почв.

В последние десятилетия достигнуты определенные успехи в работах по созданию баз данных по почвенным ресурсам и их практическому использованию. Целью создания Почвенно-географической базы данных России и Евразийского региона является обеспечение научно-технической основы для реализации государственной стратегии устойчивого рационального землепользования, в рамках которой решаются следующие задачи:

  • Инвентаризация почвенных ресурсов;
  • Мониторинг состояния почвенного покрова;
  • Создание основы для земельного кадастра;
  • Обоснование системы для принятия управленческих решений;
  • Информационное обеспечение научно-исследовательских работ и образовательных программ;
  • Развитие единого международного почвенно-информационного пространства.

В рамках работы над проектом Информационной системы, главными бенефициарами которой являются лица, ответственные за принятие решений на региональном и федеральном уровне, подготовлены:

  • Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации, масштаб 1:2500000 (2013 год);
  • Единый государственный реестр почвенных ресурсов России (2014 год).

Получено свидетельство о регистрации электронного ресурса «Информационная система на основе Почвенно-географической базы данных России (ИС ПГБД РФ)» (2013 год). ИС ПГБД РФ (http://soil-db.ru/) служит для информационной и программной реализации ПГБД РФ. Это программное средство, система управления базами данных и  нтернет-ресурс. ИС ПГБД РФ является единственным на сегодняшний день проектом национального масштаба, который соответствует базовым международным  ринципам организации национальной распределенной сети почвенных дата-центров, разработанным и предложенным Глобальным почвенным партнерством ФАО, и выступает в качестве прототипа Национального почвенного дата-центра (INSII GSP FAO).

В 2016 году на базе факультета Почвоведения МГУ держателями ИС ПГБД РФ совместно с Аграрным Центром МГУ создан «Почвенный дата-центр», деятельность которого направлена на координацию работ по цифровой инвентаризации почвенной информации для территории Российской Федерации и Евразийского региона в целом, внедрению в научный и учебный процессы информационных технологий сбора, обработки и обмена почвенными данными, а также алгоритмизацию их использования.

Основной миссией Почвенного дата-центра МГУ является поддержка и развитие ИС ПГБД.

Важнейшими задачами развития ИС ПГБД являются:

  1. Создание национальной сети почвенных информационных дата-центров в России и включение в нее всех держателей первичных данных;
  2. Создание национальных почвенных информационных дата-центров в странах Евразийского региона;
  3. Решение проблемы гармонизации данных и стандартизации обмена информацией в целях создания единого международного почвенно-информационного пространства;
  4. Расширение функциональных возможностей ИС ПГБД для теоретических и практических приложений.

В 2016 году по согласованию с Минсельхозом России был начат эксперимент по стандартизации информационного обмена между региональными дата-центрами – агрохимцентрами Минсельхоза России ФГБУ ГЦАС «Ростовский» и ФГБУ ГЦАС «Белгородский», дата-центром Южного Федерального Университета и Почвенным дата-центром МГУ.

В ходе проведения эксперимента с использованием ИС ПГБД была показана возможность сбора разнородной почвенной информации для Ростовской и Белгородской областей, а также расчета показателей почвенного покрова в режиме реального времени на распределенной сети почвенных центров. Это является основой для перехода к задаче автоматизированного извлечения знаний из накопленных и организованных данных (Data Mining). В 2017 году возможности ИС ПГБД РФ были реализованы в нескольких приложениях автоматизированного расчета:

  • рекомендуемых доз внесения удобрений;
  • нормативной урожайности;
  • запаса органического углерода в 30-см слое.

Приложения автоматизированного расчета – подсистемы ИС ПГБД – функционируют в режиме on-line. Расчеты проводятся на основании оперативных данныхагрохимических наблюдений, архивных данных почвенных обследований, хранящихся в региональных почвенных дата-центрах, структурно входящих в распределенную ИС ПГБД РФ, и другой необходимой информации.

Для формализованного сбора атрибутивной почвенной информации разработана программа SoilML MultyL. Данная программа входит в ряд программных продуктов и технологий обработки данных, которые поддерживают и облегчают переход на

единые стандарты для существующих или вновь вводимых данных. Разработанное программное обеспечение может быть использовано для решения фундаментальных научных и педагогических задач («Макси»), а также для решения прикладных задач

(«Мини»). Для гармонизации и согласованности данных в пределах широкой территории Евразийского почвенного партнерства предусмотрена возможность модификации программы в соответствии с национальной спецификой сбора данных, разнообразными природными условиями, а также многоязычная поддержка.

Современное сельское хозяйство, в силу своей сложности, логистической и технологической встроенности в глобальные продовольственные системы даже на уровне домохозяйств, немыслимо без внедрения передовых информационных технологий (ИТ), которые призваны сократить объем ручного труда и расходы, но при этом повысить производительность и урожайность. 

В данный момент крупное сельхозпредприятие требует более широкого спектра технологических решений - от выбора спецтехники до закупки семян, которая бы позволила обрабатывать большие площади и выращивать конкурентоспособную культуру. В современной экономической модели мира ручной труд становится все боее нерентабелным и низко эффективным, что требует перестройки технологических цепочек и внедрения передовых цифровых технологий. Цифровые технологии позволяют контролировать полный цикл растениеводства или животноводства – «умные» устройства измеряют и передают параметры почвы, растений, микроклимата и т.д. Все эти данные с датчиков, дронов и другой техники анализируются специальными программами. Мобильные или онлайн-приложения приходят на помощь фермерам и агрономам – чтобы определить благоприятное время для посадки или сбора урожая, рассчитать схему удобрений, спрогнозировать урожай и многое другое.

Однако глобальное внедрение передовых информационных систем именно в АПК на уровне государственных программ и проектов встречает ряд трудностей как институционального, так и социально-экономического характера. 

  1. Во-первых, пониманию концепции цифровизации сельского хозяйства в значительной мере препятствует отсутствие системных, официальных данных по этой теме. Большая часть данных – например, по уровню компьютерной обеспеченности – доступна только на страновом уровне без детализации по городским и сельским районам. Данные по сетям отражают в основном покрытие, но не содержат информации о качестве и доступности услуг. Недостает информации о государственной поддержке и нормативно-правовой базе цифровизации, которая до сих пор осуществлялась опосредованно, в том числе о доступности электронных государственных услуг и нормативно-правовом регулировании в части подключенности и защиты данных.
  2. Во-вторых, существует огромный разрыв во внедрении цифровых технологий в аграрном секторе развитых и развивающихся стран, а также в крупных агрохолдингах и в местных, общинных, семейных хозяйствах. Возможность внедрения современных сельскохозяйственных технологий обусловлено наличием финансовых ресурсов и уровнем образования. Мелкие фермеры в сельских районах в этом плане непропорционально ущемлены в силу своего социально-экономического положения, их доступ к инфраструктуре, сетям и технологиям существенным образом ограничен. 
  3. В-третьих, при внедрении цифровых технологий сельского хозяйства играет огромную роль фактор масштабирования. Чем больше масштабы предприятия, тем проще и дешевле такие технологии внедрить. В этом плане крупные хозяйства также имеют преимущество над мелкими - в послдених эти технологии становятся менее рентабельными. Такое положение порождает неравенство крупных и мелких предприятий - цифровые инновации и технологии, открывающие путь к заметным преобразованиям, часто не созданы для масштабов, характерных для хозяйства мелкого фермера.

Цифровизация аграрного производства набирает темпы, причем настолько бытсро, что сейчас невозможно предсказать, как будет выглядеть отрасль даже через 5 лет. Очевидно, что эффекты от цифровизации АПК получат те игроки рынка, которые будут первыми на этом пути. Очевидно, что в долгострочной и среднесрочной перспективе глобальное внедрение цифровых технологий позволит повысить уровень продовольственной безопасности и уровень жизни населения страны.