«Умные» теплицы и GPS-датчики для трактора: зачем нужен интернет вещей на ферме

В XXI веке даже такую традиционную область как сельское хозяйство невозможно представить без цифровизации. В этой статье мы рассказываем, как интернет вещей может облегчить жизнь фермеров.

Shutterstock
Shutterstock

И для города, и для деревни — где и зачем используют интернет вещей

Интернет вещей (Internet of things, IoT) объединяет объекты и устройства, подключенные к сети Интернет. Эти девайсы собирают, обрабатывают и анализируют полученные данные и могут передавать их другим приложениям. IoT-устройства работают автономно, но пользователи могут самостоятельно настраивать их и давать доступ к получаемым данным другим пользователям.

Сейчас технологии интернета вещей используются почти во всех сферах жизни: например, с помощью IoT-устройств в городской среде можно сделать чрезвычайные службы эффективнее и, следовательно, сократить число несчастных случаев ориентировочно на 10%. В здравоохранении интернет вещей пригодится для диагностики заболеваний, а в сфере электроэнергии устройства могут улучшить работу подстанций.

В сельском хозяйстве интернет вещей также полезен: сегодня аграрии используют большой объем данных, информация поступает из разных устройств на участке: с датчиков, дронов, спутников и других станций, включенных в систему интернета вещей. Датчики и сенсоры на IoT-устройствах собирают данные о подключенных девайсах и автоматизируют аграрные процессы.

В области сельского хозяйства применяют различные устройства и цифровые решения интернета вещей:

  • Специальные датчики, передающие информацию о состоянии сельскохозяйственных культур и почвы;

  • Беспилотная агротехника для сбора урожая;

  • Трекеры для контроля за растениями и животными;

  • Дроны для внесения удобрения и борьбы с вредителями;

  • Платформы для производителей и поставщиков.

К 2025 году эксперты прогнозируют широкое применение технологий интернета вещей в аграрном секторе, а это включает в себя и создание инфраструктуры для сетей передачи данных, наращивание вычислительных ресурсов для сбора, хранения и обработки данных. Именно технологии на основе IoT могут полностью преобразовать сельское хозяйство: собранные данные помогут получать актуальную информацию о климатических изменениях, качестве продукции, находить на основе этих данных закономерности, применять научные методы обработки, минимизировать риски и сделать бизнес прибыльнее, а клиентов — счастливее.

Эффект применения IoT в сельском хозяйстве на графике, данные PWC
Эффект применения IoT в сельском хозяйстве на графике, данные PWC

Считаем скот и проверяем почву с помощью технологий IoT

Интернет вещей можно применять на любом этапе: аграриям доступны системы, мобильные приложения и девайсы, которые помогут спрогнозировать урожай и составить рекомендации для будущего. Ниже опишем несколько примеров того, как можно использовать интернет вещей в сельском хозяйстве.

Автоматизация процессов

Автоматическая идентификация объектов или RFID-технологии решают сразу несколько проблем в аграрном секторе. С помощью RFID-решений можно автоматизировать процесс учета поголовья скота и контроля его перемещения, собирать данные и показатели по времени кормления и вакцинации. Это помогает избежать ошибок, связанных с человеческим фактором, а также сделать процесс обработки информации быстрее и качественнее.

На производствах, где используются современные технологии, сенсоры внедрены на каждом этапе и во всех видах оборудованиях. Goldman Sachs прогнозируют, что применение технологий нового поколения способно к 2050 году увеличить производительность мирового сельского хозяйства на 70%.

Точное земледелие

В технологию точного земледелия входит целый спектр техник для планирования и управления посевом, мониторинга его состояния, подготовки почвы, контроля климата и температуры. Датчики, дроны, сенсоры и GPS-девайсы помогают аграриям оптимизировать операционные расходы и повысить урожайность в среднем на 15-20%.

Используя точное земледелие, можно:

  • Использовать землю эффективнее: при помощи специальных устройств для точного земледелия можно определить, у какой агрокультуры наибольшая урожайность и какая методика выращивания и ухода подходит лучше;

  • Расходовать удобрения, агрохимикаты и воду экономичнее с помощью «Умных теплиц»;

  • Оптимизировать количество сотрудников на производстве благодаря рекомендациям системы.

Чтобы технологии точного земледелия принесли пользу, нужно убедиться, что каждый элемент и «умный» девайс взаимосвязан с остальными. Положительный эффект будет виден только тогда, когда на своеобразной электронной карте поля появятся новые данные с учетом изменений норм посева в зависимости от качества того или иного участка поля.

Управление техникой и сырьем

С помощью GPS и датчиков можно снизить расход горючего в среднем до 20%, а также оптимизировать маршруты и загрузку персонала. Также с помощью таких устройств возможно предотвращение брака сырья в процессе его сбора и перемещения — технологии смогут отслеживать его местонахождение и вес. Это пригодится и тем предприятиям, которые хотят предотвратить случаи мошенничества.

Программное обеспечение и устройства для мониторинга сокращают потери сырья из-за неоптимальных условий хранения продукции. Специально заданные алгоритмы в режиме реального времени анализируют состояние продукции (в частности, температурный режим хранилищ, уровень влажности, содержание углекислого газа) и помогают аграриям принять решение на основе полученных данных.

В чем IoT может быть полезен?

Во-первых, это сбор данных с умных счетчиков. Разные датчики на разных участках поля передают информацию о погоде, изменении климата, качестве почвы и урожая, здоровье скота. Полученная информация поможет мониторить производственные процессы, а еще позволит оценить эффективность примененных технологий и инструментов.

Во-вторых, оповещения IoT-устройств позволят фермерам анализировать и прогнозировать количество урожая и в соответствии с этим планировать дистрибуцию продукции.

Если верно настроить все девайсы, то с их помощью можно контролировать отклонения в стадии роста культур и здоровье скота, что дает фермерам возможность снизить свои расходы и количество отходов.

В долгосрочной перспективе технология IoT в сельском хозяйстве нацелена на полную автоматизацию процессов в производственном цикле, а это, в свою очередь, повысит стандарты качества товаров, которые получает потребитель.

Дать растениям больше солнце и сделать хрюшек на ферме счастливее можно благодаря девайсам на основе интернета вещей
Дать растениям больше солнце и сделать хрюшек на ферме счастливее можно благодаря девайсам на основе интернета вещей

Рассмотрим применение технологии IoT в сельском хозяйстве на примерах.

«Русагро»

Компания «Русагро» внедрила технологию эффективного управления и хранения сахарной свеклы. Компания производит сахар и занимает одну из лидирующих позиций на российском рынке, поэтому вопрос сохранения продукции очень важен. Для этого в «Русагро» были разработаны алгоритмы на основе интернета вещей. Например, беспроводные датчики температуры, влажности и углекислого газа мониторят состояние среды и свеклы, после чего передают информацию на принимающие устройства. После этого компьютерная платформа обрабатывает данные, консолидирует их с метеосводками и принимает решение о готовности той или иной партии к переработке. Благодаря внедрению датчиков на основе интернета вещей компании удалось снизить уровень потери сырья на 20% и повысить эффективность конечного производства.

Например, беспроводные датчики температуры, влажности и углекислого газа мониторят состояние среды и свеклы, после чего передают информацию на принимающие устройства. После этого компьютерная платформа обрабатывает данные, консолидирует их с метеосводками и принимает решение о готовности той или иной партии к переработке. Благодаря внедрению датчиков на основе интернета вещей компании удалось снизить уровень потери сырья на 20% и повысить эффективность конечного производства.

Еще в компании развивают направление анализа полученных данных. Для сбора урожая нужно получить много информации с разных девайсов. Разобщенные данные вряд ли могут оказаться полезными, но если их систематизировать и задать определенные алгоритмы, то можно получить программу, которая сможет предлагать различные сценарии увеличения урожайности.

Помимо этих двух направлений, в «Русагро» эксперты занимаются пилотными проектами по точному земледелию и автоматизации свинофермы. А еще весь парк техники оснащен GPS-метками, которые измеряют расход топлива и сокращают расходы на транспорт.

«Алан-ИТ»

Другая российская компания «АЛАН-ИТ» занимается разработкой технологий на основе интернета вещей, в том числе для сельского хозяйства (тепличных комплексов, птицеферм, свиноферм и молочно-товарных ферм, плодоовощных и зернохранилищ, силосных траншей). Компания предлагает сервис сбора, обработки и анализа данных с любых датчиков (собственных или сторонних), на основе которых аграрии получают уведомления, созданные по технологии машинного обучения, о возможном негативном развитии ситуации на предприятии.

На базе ALAN IoTApplication работают сервисы для контроля за состоянием силоса в силосных траншеях, за температурой зерна в хранилищах напольного типа и за климатическими параметрами в овоще- и фруктохранилищах. Сервис использует специально разработанные датчики, которые передают данные по стандарту LoRa WAN, имеющему самый широкий охват на территории России.

Вот так датчик «АЛАН-ИТ» выглядит в силосной траншее
Вот так датчик «АЛАН-ИТ» выглядит в силосной траншее

Что касается молочных ферм, то у АЛАН-ИТ существует аналитический сервис Dairy Production Analytics. Используя это решение, фермеры могут сократить ущерб от нарушений условий содержания дойного поголовья в зависимости от изменения погодных условий (холод, жара, повышенная влажность и т.д.), создать комфортные условия для животных (отслеживание потребления воды, качество силоса и т.д.) и сделать производство молока эффективным.

В 2019 году агрокомплекс «Вощажниково» использовал датчики температуры, влажности и давления вместе с метеорологической станцией, что позволило выявить взаимосвязь между температурой, питанием и даже ежедневной работой сотрудников фермы. Система DPA обнаружила, что с понижением температуры на ферме растет потребность коров в корме. Система предупреждает сотрудников об этих изменениях по электронной почте или SMS. Надлежащее кормление приводит к росту производства молока. Благодаря этому хозяйство «Вощажниково» показало наилучшие результаты: экономия за год составила порядка 6 000 000 руб.

В ООО «Бородулинское» благодаря данным, полученным с датчиков, были созданы оптимальные условия содержания животных в осенне-зимний период. DPA предполагает комплексный подход к управлению молочной фермой (собирается аналитика из разных систем автоматизации и датчиков), что позволяет достичь существенного улучшения производственных показателей - увеличения надоев на 6 кг на дойную корову по данным на конец марта 2022 года.

У компании есть другой успешный кейс внедрения технологий: в зернохранилищах продовольственного фонда Чувашской Республики установили датчики температуры, которые производили замеры на разной высоте насыпи зерна. Датчики были подключены к сети LoRaWAN и каждые 15 минут информация с датчиков попадала в информационную систему. В итоге пользователи могли видеть обработанную информацию в личном кабинете в виде простого графика.

Если в хранилище температура достигала критической нормы, то система оповещала сотрудников с помощью push-уведомлений. Благодаря внедрению технологий на основе интернета вещей сотрудники смогли предотвратить нагрев и горение зерна.

«Добротех»

Компания «Добротех» помогает фермерам оптимизировать производственные и бизнес-процессы: специалисты помогают закупить нужное оборудование по оптимальным ценам. Сейчас компания запустила сервис Агроконсультант — систему учета корма в бункерах с помощью лазерных датчиков на основе интернета вещей.

Агроконсультант — инструмент для любых производственных предприятий, где хранят готовую продукцию, полуфабрикаты и сырье. Сам продукт может храниться на складах пищевых, химических, а также на сельхозпредприятий. Создатели Агроконсультанта говорят о том, что свойства продукции не важны: лазерные датчики — бесконтактные, поэтому товар может быть как жидким, так и сыпучим. В сельском хозяйстве бункеры смонтированы под открытым небом, поэтому система может работать во время снега и холода без потери точности показаний. Размещение лазерных датчиков предусмотрено как в бункер с механической, так и пневматической загрузкой.

Вот так выглядят приборы «Добротеха»
Вот так выглядят приборы «Добротеха»

Как это работает? Внутри бункера устанавливают датчик (для одного бункера достаточно одного датчика), и он, в свою очередь, передает точную информацию об объеме и весе продукта в личный кабинет пользователя. В системе используют программное обеспечение, которое обрабатывает, визуализирует и хранит архивы данных о товаре в бункере. Массив полученной информации можно интегрировать в другие IT-системы или же проанализировать ситуацию в бункере и на этой основе принять решения.

Помимо лазерных девайсов «Добротех» планирует создать систему на базе искусственного интеллекта, которая сама сможет заказывать корм, когда его запасы в бункере заканчиваются.

MTC Smart Farming для цифрового управления молочной фермой

В 2020 году российская компания МТС запустила решение Smart Farming для цифрового управления фермами. Одним из первых клиентов платформы стал «Деревенский молочный завод» в Кемеровской области. С помощью IoT-датчиков животноводы отслеживали состояние здоровья коров, прогнозировали наступление половой охоты и отела, а еще система формировала список задач для сотрудников и контролировала прогресс их исполнения. Датчики, которые передают информацию о состоянии животных, находятся в желудке коровы. Они контролируют двигательную деятельность, температуру тела и количество потребляемой воды.

Сама система Smart Farming работает на основе облачного сервиса: в личном кабинете можно найти виртуальный паспорт животного, статистику работы сотрудников и данные о выполняемых задачах. На основе полученной с девайсов информации система определяет, как ведет себя животное, какие наблюдаются отклонения и какие для этого есть причины. Пользуясь системой Smart Farming можно снизить количество медикаментов для коров на 15% и спрогнозировать отел за 15 часов.

GoodWAN

Компания GoodWAN занимается разработкой устройств для удаленного мониторинга растений и животных. Одной из «фишек» IoT-инструментов компании является независимость от сотовой связи: фермеры могут купить специальные антенны, установить их у себя на крыше, тем самым покрывая территорию в несколько километров. Технологии компании позволяют эффективно собирать и обрабатывать информацию от самых разных датчиков, расположенных на больших расстояниях.

Сейчас в GoodWAN можно найти датчики для проверки влажности и температуры почвы, девайсы для определения уровня воды (например, в колодце) или грунтовых вод. Такие IoT-устройства стоят относительно недорого и подходят для жаркого и холодного климатов. Информацию с датчиков можно получить на свой мобильный телефон с помощью Bluetooth.

Приборы GoodWAN. Датчик напряжения в розетке
Приборы GoodWAN. Датчик напряжения в розетке
Приборы GoodWAN. Датчик влажности почвы
Приборы GoodWAN. Датчик влажности почвы
Приборы GoodWAN. Датчик температуры
Приборы GoodWAN. Датчик температуры

По словам CEO компании Дениса Муравьева, у «умных» устройств куда больше возможностей применения, чем может показаться: например, на одном из предприятий, где были установлены датчики сухого контакта для поливальных машин, была предотвращена серия краж деталей этих машин. Когда кто-то отсоединял провода и кабели, система предупреждала охранников на складе.

Перспективы развития IoT в сельском хозяйстве в России

Сегодня внедрением интернета вещей в аграрный сектор в основном занимаются крупные предприятия: они могут позволить себе развернуть сеть из IoT-устройств, благодаря которым можно автоматизировать процесс и сделать товар качественнее. Однако небольшие фермерские хозяйства также начинают рассматривать данную технологию для внедрения, их привлекает простота настройки систем и быстрые эффекты от использования.

Важна поддержка государства: правительство должно развивать и популяризировать развитие сельскохозяйственной науки, поощрять механизацию сельского хозяйства, помогать фермерам и инвестировать в компании и стартапы, которые занимаются созданием цифровых решений.

Остается проблема с покрытием: очень малый процент сельхозземель имеет покрытие, поэтому устанавливать базовые станции на маленьких фермах для установки IoT-устройств кажется затратным и бесполезным. Здесь ряд стартапов предлагают использовать решения, использующие сети LPWAN.

Узнать больше о кейсах использования технологии в сельском хозяйстве, том, сколько стоит внедрить технологию и об особенностях сетей LPWAN можно из выпуска нашего подкаста «Цифровая грядка».