---

 Souček, J.

Úvod

Moderní zemědělská výroba vykazuje v porovnání s minulostí nebývalou efektivitu. V zemědělsky vyspělých státech činí podíl zemědělců pouze několik procent (v ČR 4 % včetně zemědělství a rybolovu [21] a jsou schopni zajistit výživu zbytku populace a zajistit nezanedbatelnou část zdrojů energie. Jedním z důvodů, proč tomu tak může být je stále větší efektivnost a výkonnost používaných technologií. K tomu by nemohlo dojít bez neustálého dynamické ho vývoje v této oblasti.

V souvislosti s moderními technologiemi je často citovaným termínem pojem ,,precizní zemědělství".

 

 

Precizní zemědělství

Technologie precizního zemědělství [14] jsou založeny na využívání dat získaných měřením pomocí senzorů, pomocí dálkového průzkumu země, pomocí mapových podkladů GIS a pozičních systémů (GPS, GLONASS, GALILEO). V rámci systému precizního zemědělství lze díky získaným datům přistupovat individuálně k danému místu, zvířeti atd.. Výhoda spočívá v tom, že v rámci technologického procesu je možné aplikovat přesné množství (například krmiva, vitamínu, hnojiva, pesticidu) individuálně v potřebném množství. Technologie precizního zemědělství jsou prostředkem jak optimalizovat množství vstupů a zvýšit efektivitu jejich využití. Jedním z cílů jejich zavádění je zvýšení šetrnosti zemědělské výroby k životnímu prostředí.

V oblasti rostlinné výroby se v praxi momentálně uplatňují dílčí systémy na úkor kompletních samojízdných autonomních strojů. Důvodů je několik. Důležitá jsou legislativní omezení týkající se například provozu autonomních systémů ve veřejném prostoru a na veřejných komunikacích nebo provozu bezpilotních letounů (dronů). V této oblasti probíhá velmi rychlý vývoj. Ještě v roce 2013 [7] byly například některé technologie pro autopilot a snímkování s využitím bezkontaktních technologií pouze ve fázi výzkumu často s velmi skeptickými výsledky, které nepotvrzovaly spojitost mezi naměřenými hodnotami a reálným stavem. Dalším důležitým aspektem je relativně nízká vytíženost většiny strojů pro rostlinnou výrobu v průběhu roku a od toho se odvíjející zvýšené měrné náklady na provoz zařízení.

V praxi se zvyšuje podíl podniků využívajících v rámci systému precizního zemědělství navigační systémy s využitím korekčních stanic RTK (RTK = Real-time kinematic [15] pro přesnou navigaci strojů při pracovních operacích.

Technické řešení přesné navigace (s využitím autopilota) je v praxi realizováno několika způsoby [12].

Jiný softwarový nástroj pro plánování a kontrolu navigace pozemních vozidel na pozemcích v reálném čase byl publikován v článku [2]. Systém byl testován v reálných polních podmínkách jako UGV robot se závěrem, že pro správnou funkci musí být vozidlo vybaveno správnými snímači (lidar, hloubkové kamery, IR senzory apod.).

Pro navigaci přípojných strojů je užíváno několik systémů využívajících například řiditelné oje nebo řiditelné nápravy. Univerzálnější systémy navigace jsou založeny na principu posuvného rámu nebo posuvné lišty v závěsu traktoru. Systémy umožňují na základě datových podkladů například tvorbu výnosových map, monitoring vlastností půdy nebo porostů a na základě jejich výsledků regulovat dávky osiva nebo aplikace hnojiv či pesticidů.

 

Zpracování půdy

Palčivým problémem současného zemědělství je snižující se kvalita zemědělské půdy. Eroze půdy, její technogenní zhutňování a narušení půdní struktury mají za následek změny vláhového režimu a nízkou retenci vody v krajině (povodně, extrémní sucha) [6].

Nové postupy v oblasti zpracování půdy jsou založeny jednak na používání nových strojů a na využívání nových agrotechnických a osevních postupů. Nové technologie a postupy jsou aplikovány zejména při pěstování širokořádkových plodin, které znamenají zvýšené riziko eroze.

Většina moderních technologických postupů je založena na přesné navigaci strojů při zpracování půdy, zakládání porostů a následných agrotechnických operacích (kultivace, výživa, ochrana, sklizeň).

V tomto ohledu je z technického hlediska perspektivní zavedení jednotných jízdních stop. Touto metodou lze dosáhnout zvýšení podílu neutužené půdy. To má pozitivní vliv na vlastnosti půdy a přispívá k její ochraně. Přispívá ke snížení odtoku srážkové vody, smyvu půdy a s tím související eliminaci erozního ohrožení a zvýšení absorbční kapacity, které má pozitivní vliv na vývoj na půdní úrodnost [4].

Další technologií, která je při pěstování polních plodin stále častěji využívána je pásové zpracování půdy. Vychází z faktu, že částečný vegetační pokryv půdy snižuje riziko jejího erozního ohrožení. V první fázi jsou na pozemku s rostlinným pokryvem zpracovány pásy půdy s přesným záznamem jejich polohy a jízdy stroje. Tato operace bývá spojena s přesnou aplikací hnojiva do zóny následně vysetých rostlin. Ve druhé fázi je do připravených zpracovaných pásů zaseta plodina přesně navigovaným secím strojem. Technologie je primárně využívána v porostech kukuřice, ale pokusně je testováno její využití například při pěstování cukrovky.

Stále častěji je využíváno pozičních systémů pro zamezení překryvu při setí polních plodin. Podle výzkumu realizovaného v Chorvatsku na rozloze 5 364 ha se při použití DGPS navigačního systému snížila plocha s vícenásobnou aplikací z 364 na 152 ha, tedy cca o 58 % [5].

Systém je založen na ovládání množství výsevku v jednotlivých sekcích prostřednictvím řídící jednotky. Ta může no-line upravovat aktuální výsevek, případně vypínat celé sekce. Jako příklad lze uvést připravovanou novinku firmy Väderstad s hydraulickým systémem, který spolupracuje s řídicím systémem Väderstad E-Control. Tento systém umožňuje nastavení tlaku secích botek a předních sekcí na zpracování půdy. Pomocí  ISOBUS a přesné navigaci lze dálkově ovládat sekce. Systém též umožňuje dálkové nastavení a kalibraci, stejně jako monitorování a řízení v reálném čase. Umožňuje nastavit pracovní hloubku a variabilně měnit rychlost nebo přesnost výsevu. (https://www.agroportal24h.cz/clanky/spirit-vstupuje-do-nove-generace-na-souvrati-dokaze-postupne-zvedat-sekce)

Další novinkou pro zpracování půdy v oblasti širokořádkových plodin jsou stroje pro tvorbu důlků a hrázek jako prostředku pro zvýšení retenční schopnosti půdy. Využívány jsou především při pěstování brambor. Jejich výhodou je jednoduchá konstrukce a možnost integrace se sazečem při zakládání porostu i využití jako samostatného stroje [10], [9].

Při zakládání porostů brambor, zejména raných, lze uplatnit i další novou technologii, kterou je aplikátor hadic pro kapkovou závlahu. Ten lze využít rovněž samostatné jako víceřádkové zařízení nebo jej integrovat se sazečem. Hadice pro rozvod kapkové závlahy jsou uloženy nad vysázené hlízy na vršek hrůbku a překryty vrstvou zeminy. Před sklizní jsou mechanizovaně vyjmuty a následná sklizeň probíhá standardním způsobem

 

Výživa a ochrana rostlin

Z hlediska využívání moderních technologií v zemědělství patří oblast aplikace přípravků pro výživu a ochranu rostlin mezi ty, ve kterých je jejich uplatnění nejefektivnější. Nejčastěji využívaný způsob uplatnění moderních technologií je cílená aplikace v porostech zemědělských plodin. Cílená aplikace má nesporné výhody z hlediska efektivity hospodaření, ekonomiky a v neposlední řadě i z hlediska eliminace negativních vlivů zemědělství na životní prostředí.

Aby mohly být výše uvedené technologie efektivně implementovány je základním předpokladem získat data o vlastnostech pozemků a porostů, kde budou finální operace uskutečňovány [8].

 

Způsoby získávání podkladových dat pro moderní aplikace

Potřebná data využitelná pro moderní aplikace v zemědělství jsou získávána dálkovým měřením (satelity, drony, letadla), Měřením během pracovních operací (měření výnosů; optická a ultrazvuková dokumentace včetně vizuálního sledování ohnisek, plevelů, chorob a škůdců; měření půdních vlastností, měrný odpor půdy – vlhkost, utužení, pH, atd) nebo pomocí odběru vzorků a jejich následných laboratorních rozborů (odběr půdních vzorků)

Pro bezdotykové měření v zemědělství lze využít některé senzory, jejichž využití je prvoplánově určeno v jiných oblastech. Pokusy s využitím nízkonákladové 3D kamery k odhadu výnosů byly ověřovány[3] a získané výsledky se lišily od reálných hodnot v rozpětí do 10 %.

Nejspolehlivějším způsobem získání potřebných podkladových dat je využití kombinace více způsobů.

Pomocí dálkového průzkumu je možné stanovit některé vlastnosti půdy z hlediska variability pozemků. Při snímkování porostů lze stanovit variabilitu porostů z hlediska výživy, zralosti, počtu rostlin, stresových faktorů, zaplevelení, výskytu škůdců, škod na porostech atd.. Pro získávání dat z dálkového průzkumu lze tedy v současnosti využít satelitních snímků a leteckého snímkování

Satelitní snímky jsou v současnosti k dispozici ve více pásmech vlnových délek záření. Jejich nevýhodou je časová prodleva mezi pořízením snímku a aplikací dat a závislost kvality dat na počasí.

Letecké snímkování zaznamenalo rozmach se zvýšením dostupnosti dronů. Výhodou leteckého snímkování je aktuálnost snímků. Díky tomu lze tyto metody využít pro celou řadu účelů, například pro vyhledávání zvěře v porostech před sklizní nebo monitoring stresu rostlin.

Pokusy stanovení reflektance rostlin při různých vlnových délkách byly realizovány například v Rusku. Podle dosažených výsledků reflexní vlastnosti rostlin (a tedy plodin) obsahují velké množství smysluplných informací o druhu, stádiu vývoje a morfofyziologickém stavu a umožňují určení vzájemných vztahů mezi spektrometrickými charakteristikami a časovými fyziologickými parametry [1].

 

Účinnost systému v rámci precizního zemědělství není závislá jen na sběru vysoce kvalitních užitných dat o rostlinách, půdě a vodě, ale také na monitoringu kvality práce techniky. Toho je možné dosáhnout pozemním měřením přímo na mechanizaci nebo s využitím letounů, potřebných senzorů, nástrojů pro návrh mise a potřebného sw pro zpracování obrazu a interpretaci dat. I když komerční systémy dronů jsou vybaveny autopiloty, senzory a jednoduchý software pro zpracování dat jsou často omezeny pouze na jediný snímač a často postrádají rozšiřitelnost integrovaných platforem. Článek [11] pojednává o vývoji metodiky a postupů pro vysoce integrovaný systém bezpilotního letounu s pevným křídlem, který je přizpůsoben pro precizní zemědělství. Jedná se o výběr senzorů, platformy, způsoby plánování letů a postupy zpracování dat. Návrh byl ověřen pomocí shromážděných snímků a dat z letů prováděných na reálných pozemcích. Výsledky uvedené v dokumentu ukazují, že ve srovnání s údaji shromážděnými během předchozích letů s neintegrovaným systémem je přístup, který používá vhodné senzory a jejich nastavení a správné plánování letu, vytváří lepší kvalitu a zpracovatelnost dat. Tento způsob je v současnosti považován za efektivní způsob sběru údajů pro precizní zemědělství.

Dalším způsobem monitoringu je měření v průběhu pracovních operací. Tímto způsobem lze nepřímo měřit některé půdní vlastnosti. Poměrně jednoduchým způsobem lze stanovit vodivost. K tomu jsou používány bezkontaktní metody (měření pomocí elektromagnetické indukce) a kontaktní metody (měření pomocí elektrod). Výsledky obou metod jsou přibližně srovnatelné.

Při bezkontaktním měření senzory nepřicházejí do přímého styku s půdou. Skládají se z vysílací jednotky generující indukční elektromagnetické pole a přijímače, který měří odezvu půdy. 

Naopak kontaktní senzory měří elektrickou vodivost půdy pomocí elektrod, které jsou v přímém kontaktu s půdou. Elektrody jsou zpravidla konstruovány jako kotouče zatlačované do půdy. Pro stanovení vodivosti je mezi elektrodami stejnosměrné nebo střídavé napětí o nízké frekvenci. Vodivost je převrácenou hodnotou odporu, který má půda mezi elektrodami. Při vyjadřování vodivosti je hodnota přepočítávána na měrnou vzdálenost (mS.m^-1). Hloubku zkoumaného profilu lze nastavit hloubkou zahloubení elektrod do půdního profilu. Elektrická vodivost závisí především na obsahu vody, solí, jílovitých a písčitých částic, organických látek, objemové hmotnosti půdy a její teplotě [16].

Často využívaným způsobem měření je osazení sklizňové techniky výnosovými čidly, Pomocí nich je možné sestavit výnosovou mapu a získat tak podklady pro další aplikace.

Další možnost využití měření v průběhu pracovní operace je v praxi využívána pro on-line úpravu dávky při hnojení porostů (zejména dusíkem). Tyto systémy jsou založeny na využití optických snímačů umístěných na stroji.

Zařízení fungují tak, že snímače stanoví úroveň výživy snímaných částí porostu před strojem a předají informaci řídící jednotce. Ta na základě vstupních údajů (informace ze senzorů, pojezdová rychlost, nastavená intenzita hnojení, koncentrace účinné látky) upravuje aplikovanou dávku na jednotlivých místech porostu.

Podobně jako v případě secích strojů umožňuje většina moderních aplikátorů rozdělení pracovního záběru do sekcí, přičemž vícenásobné aplikaci je zabráněno vypnutím konkrétních sekcí.

 

Sklizeň a posklizňové zpracování zemědělských plodin

Stále častěji uplatňovaným inovačním prvkem u sklízecí techniky jsou výnosová čidla. Jedná se senzory, které jsou kombinací několika snímačů (tenzometrická nebo kapacitní čidla pro měření množství sklizené hmoty, čidlo pro měření vlhkosti a snímač polohy GPS. Výsledkem je soubor dat, která na základě množství sklizené hmoty přidělené konkrétnímu místu na pozemku slouží jako podklady pro sestavení výnosové mapy pozemku, což lze následně využít jako podklady pro další operace.

Některá výnosová čidla mohou být vybavena dalšími senzory, pomocí nichž lze stanovit jiné, zpravidla kvalitativní parametry sklízené hmoty. Například sledování sušiny, ADF (acidodetergentní vlákniny), NDF (neutrálně detergentní vlákniny), škrobu a proteinu pomocí NIR čidla (využívající vlnové délky záření blízké infračervenému) [20].

V oblasti sklízecích mlátiček je novinkou mlátička Tribine T1000 s kloubovou koncepcí podvozku. Uplatnění nalézá především v USA ve veriantě s dvojicí motorů o výkonu 650 hp. Nápravy stroje umožňují tzv. krabí chod, kdy každé kolo jede ve vlastní stopě. Zajímavostí je nejen kloubové řízení, ale i vysoce výkonný drticí a čisticí systém.

Evropská verze má mít označení Tribine Euro T600. Sdílet bude většinu designu se současným modelem, kde je zásobník na zrno umístěný za kloubovým řízením. Hlavním rozdílem budou rozměry umožňující stroji pohyb po evropských silnicích, menší zásobník zrna a menší výkon motoru. Na výběr bude možnost osadit stroj pásovým podvozkem [13]  

 

Moderní řešení v oblasti posklizňového zpracování

Z hlediska logistiky je důležitá evidence surovin a stanovení jejich kvality. Vedle klasického ručního vzorkování je v provozní praxi stále častěji využíván systém automatického vzorkování na příjmu posklizňových linek a skladů. Jedná se o komplexní systémy stanovující množství a kvalitu přijímaných surovin. Vzorky mohou být odebírány s větší četností a je eliminován lidský faktor [19].

Dalším moderním trendem v oblasti posklizňového zpracování je využívání optických třídičů.

Klasické optické třídiče jsou založeny na principu postupného dávkování tříděné suroviny na gravitační skluz a následné použití optických snímačů, které jsou schopny rozpoznat a vytřídit materiály s minimálními rozdíly v barvě a odstínu. Standardní frekvence snímání se pohybuje na úrovni 20 kHz. Vedle standardních RGB snímačů lze třídiče osadit NIR snímači, které optimalizují vytřídění cizích těles z produktu se stejnou barvou, ale jinými fyzikálními vlastnostmi, jako jsou kameny, sklo nebo plasty. Další možností je využití InGaAs snímačů umožňujících vytřídění produktů s vadami, které nelze vizuálně odlišit, jako jsou například semena napadená škůdci, oddělení loupaných a neloupaných zrn atd.

Separace nežádoucích příměsí je realizována pomocí vzduchových trysek. Ty pracují rychlostí až 1 000 cyklů/s, trysky mají záruku funkčnosti až 2 miliardy cyklů.

Způsob separace je nastaven pomocí programů. Ty se liší zejména v závislosti na druhu tříděné suroviny. V případě potřeby třídit novou surovinu je možné třídicí program stáhnout přes datové rozhraní. Například pomocí internetu od výrobce [18].

 

Použitá literatura:

1. Akhtman Y., Golubeva E., Tutubalina O., Zimin M. APPLICATION OF HYPERSPECTURAL IMAGES AND GROUND DATA FOR PRECISION FARMING. GEOGRAPHY, ENVIRONMENT, SUSTAINABILITY. 2017;10(4):117-128

2.      Bechtsis, D., Moisiadis, V.,  Tsolakis, N.,  Bochtis, D.. Scheduling and control of unmanned ground vehicles for precision farming: A real-time navigation tool - CEUR Workshop , 2017 - ceur-ws.org

3. Hammerle, M., Hofle, B.. Mobile low-cost 3D camera maize crop height measurements under field conditions. View ResearcherID and ORCID. PRECISION AGRICULTURE. Volume: Issue:4. : 630-647
4. HŮLA, J., GUTU, D., KOVAŘÍČEK, P., STANĚK, L., KROULÍK, M.. Odolnost půdy vůči zhutňování při řízených přejezdech strojů. [Soil Resistance Against Compaction During the Machines Controlled Traffic]. AgritechScience[online]. 2011, roč. 5, č. 1, s. 1-6. [cit. 2011-12-27]. ISSN 1802-8942.).
5. Jurisic, M., Plascak, I., Zimmer, D., Barac, Z., Rapcan, I.. Modern Navigation System DGPS as a Function of Saving in Agriculture. By: TEHNICKI VJESNIK-TECHNICAL GAZETTE. Volume: 25 Issue: 4  Pages: 1067-1074.
6. KOVAŘÍČEK, P., ABRHAM, Z., HŮLA, J., PLÍVA, P., RENČIUKOVÁ ,V., VLÁŠKOVÁ M.. Technologie a ekonomika pěstování plodin v podmínkách s různým stupněm ohrožení vodní erozí. [Technology and economy of crop growing in conditions with different degrees of water erosion threat]. Uplatněná certifikovaná metodika. Praha: Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i. 2016. ISBN 978-80-86884-98-1 – volně ke stažení na vuzt.cz)
7. Link, J., Senner, D., Claupein, W.. Developing and evaluating an aerial sensor platform (ASP) to collect multispectral data for deriving management decisions in precision farming. Computers and Electronics in Agriculture. 2013vol: 94 pp: 20-2
8. PRAŽAN, J. ČEDÍK, J. SOUČEK, I. GERNDTOVÁ, Rozkmit ramen u třech postřikovačů s velkým pracovním záběrem. [Swing booms with large working widths]. AgritechScience[online], 2015, roč. 9, č. 2, s. 1-5. ISSN 1802-8942
9. VACEK, J., VEJCHAR, D.. Půdoochranná technologie důlkování-hrázkování při pěstování brambor v odkameněných hrůbcích. In: Aktuální poznatky v pěstování, šlechtění, ochraně rostlin a zpracování produktů. Brno 22. - 23. listopadu 2017: Vědecká příloha časopisu Úroda [CD-ROM]. 2017, 65(12), 501-504. ISSN 0139-6013.
10. Vejchar, D., Stehlik, M., & Mayer, V. (2017). Influence of tied ridging technology on the rate of surface runoff and erosion in potato cultivation. Agronomy Research, 15(5), 2207–2216. https://doi.org/10.15159/AR.17.039
11. Valasek, J., Lu, HH., Shi, Y. Y.. Development and Testing of a Customized Low-Cost Unmanned Aircraft System Based on Multispectral and Thermal Sensing for Precision Agriculture Applications. By: 2017 INTERNATIONAL CONFERENCE ON UNMANNED AIRCRAFT SYSTEMS (ICUAS'17).International Conference on Unmanned Aircraft Systems. 2017. 1208-1216
12. https://www.agri-precision.cz,
13. https://www.agroportal24h.cz/clanky/bizarni-americka-sklizeci-mlaticka-chce-dobyt-evropu
14. https://cs.wikipedia.org/wiki/Precizn%C3%AD_zem%C4%9Bd%C4%9Blstv%C3%AD
15. https://en.wikipedia.org/wiki/Real-time_kinematic
16. https://mechanizaceweb.cz/specialni-zarizeni-pro-mereni-variability-pudnich-vlastnosti/
17. http://www.leadingfarmers.cz
18. http://www.cz
19. http://www.pawlica.cz
20. http://www.strompraha.cz
21. http://www.vitejtenazemi.cz/cenia/index.php?p=zemedelstvi_a_ekonomika&site=puda