Autonomní robotické prostředky v polní výrobě a krajinný prostor (3)

23. 12. 2024 Doc. Ing. Václav Brant, PhD. a kol. Precizní zemědělství Zobrazeno 351x

Optimalizace parametrů půdních bloků (PB) či dílů půdních bloků (DPB) je jednou z možností vedoucí ke zvýšení efektivity práce pracovních souprav, ale i cestou ke zvýšení ekologické stability krajiny.

Tvorba produkčních ploch

Základem optimalizace je tvorba vnitřních produkčních ploch, které jsou parametrizovány ve vztahu k technickým možnostem techniky. Primárním cílem je vytvoření stabilních produkčních ploch (PP) určených pro pěstování tržních plodin v rámci půdních bloků (PB) či dílů půdních bloků (DPB). Takto vzniklé produkční plochy mají zajistit cílený a předem definovaný pohyb pracovních souprav, který umožní snížení technogenního zhutnění, omezení spotřeby PHM, snížení spotřeby osiv (přesevy), pokles spotřeby hnojiv, pesticidů, pomocných látek, biopesticidů a bioagens (zamezení překryvu na nepravidelných plochách apod.).

Zároveň tvorba PP musí respektovat stávající legislativní a vědecká kritéria pro eliminaci negativního vlivu rostlinné výroby na životní prostředí (eliminace větrné a vodní eroze, stabilita organické hmoty, podpora retenční schopnosti půdy apod.). Ve vztahu k využití autonomních robotických prostředků přispěje k efektivnímu využití pracovních souprav.

Při zohlednění agrotechnických požadavků se při plánování PP jedná o opatření vedoucí k omezení pohybu transportních prostředků určených pro přívoz materiálů a látek určených k aplikaci na PP a zároveň k omezení pohybu transportních prostředků po PP při odvozu sklizených komodit. Tato skutečnost je podmíněna omezením vzniku technogenního zhutnění na PP a ve většině případů i zkrácením přepravních vzdáleností, vznikem definovaných příjezdových a odjezdových tras (s přesahem významu až na úroveň bezpečnosti provozu na veřejných komunikacích).

Dále se jedná o přesměrování procesů otáčení pracovních souprav (částečně či celá otáčka) na tzv. environmentálně technické plochy (ETP) k tomu určené. Důvodem je nižší riziko degradace půdy přejezdy na plochách, které jsou dlouhodoběji ozeleněny bez zpracování půdy.

Ponechání otáčení souprav na PP povede k výraznější degradaci půdy, ale také k zásadnímu poklesu produkce na těchto plochách, včetně výrazného snížení ekonomické efektivity vstupů, ale i poklesu energetické efektivity systémů. Právě energetická efektivita by měla ve vztahu ke Green Dealu být jedním z primárních kritérií posuzování udržitelnosti pěstebních systémů.

Environmentálně-technické plochy

Část produkčně obhospodařované půdy je tak převedena na environmentálně-technické plochy. Obdobně jako u plánování PP vycházejí kritéria tvorby ETP ze třech kritérií:

• eliminace degradačních procesů půdy na zemědělské půdě,
• zvýšení ekologické stability a společenské relevance krajinného prostoru,
• zajištění energeticky, ekologicky a ekonomicky efektivních systémů managementu.

Za účelem systémového efektu ETP musí být při plánování těchto ploch v rámci PB (DPB) výše uvedená kritéria zahrnuta.

Ověřování optimalizace v AGRA Řisuty

Při plánování využití autonomních robotických prostředků v zemědělském subjektu AGRA Řisuty byla provedena optimalizace PB či DPB na základě návrhu PP a ETP.

Základním kritériem pro parametrizaci PP byl využit záběr pracovní soupravy autonomního tažného prostředku a pracovního nářadí (kypřiče, secí stroj apod.) 3 m, který byl parametrem pro stanovení šířky PP. Z hlediska záběrů autonomně se pohybující soupravy byla provedena i tvarová optimalizace vnitřních překážek v PP, které byly optimalizovány ve vztahu k záběru pracovní soupravy a bezpečnostnímu bufferu. Druhým parametrem byl záběr postřikovače o šířce ramen 24 m, kde optimalizace zajistila návaznost záběrů postřikovače a optimalizaci tvaru překážek uvnitř PP.

Z hlediska respektování ochranných zón kolem obhospodařované produkční plochy pro pohyb autonomních souprav po PB či DPB byl kolem PP vytvořen ochranný pás o minimální šířce 4 m. Algoritmy pohybu autonomní soupravy vyžadují šířku tohoto ochranného pásu většinou min. 1 m. Software autonomního prostředku pro optimalizaci pohybu souprav bude pracovat s výměrou dané PP zvětšenou po obvodu o 1 m travního pásu. Z technického hlediska je však obhospodařování 1 m širokého pásu pro stávající konvenční tažné prostředky (traktor s mulčovačem) či autonomní soupravy s mulčovačem nereálný. Z tohoto důvodu bylo přistoupeno k min. šířce 4 m, případně širší.

Zároveň ochranný pás, který by měl být cíleně ozeleněn, aby plnil i ekologické funkce, přispěl k optimalizaci hranic PP, tedy k jejich narovnání. Obhospodařování okolního ozeleněného pásu je nutné nejen s ohledem na eliminaci rizika šíření plevelů na PP, ale i ve vztahu k práci autonomních prostředků, jejichž bezpečnostní systémy mohou vzrostlý porost kolem PP považovat za překážku omezující práci.

V rámci optimalizace byla navržena i plocha určená pro servisní práce z hlediska obsluhy autonomní soupravy, kde lze z hlediska vývoje systémů počítat s vybudováním servisního prostoru, plochy pro manipulaci s přípravky na ochranu rostlin, prostoru pro nakládku robotických prostředků apod.

Modelové varianty

Stávající prostorové uspořádání PB či DPB na zájmovém území s pozemky obhospodařovanými společností AGRA Řisuty dokládá obrázek 1. Na obrázku 2 je zachyceno modelové znázornění optimalizace původních PB či DPB s minimálním podílem ETP na PB. Optimalizace byla provedena na základě parametrů záběrů strojů (3 m souprava s autonomním tažným prostředkem, postřikovač s individuálním vypínáním trysek o záběru 24 m). V rámci optimalizace lze přenést trajektorie jízd postřikovače na ETP (obr. 3).

Při výraznější optimalizaci tvaru PP ve vztahu k pohybu techniky je nutné počítat s nárůstem výměry ETP (obr. 4), ETP jsou cíleně vytvářeny na problematické části PB či DPB z hlediska obhospodařování včetně zohlednění map relativního výnosového potenciálu (obr. 5).

Obr. 1: Stávající prostorové uspořádání PB či DPB na zájmovém území s pozemky obhospodařovanými společností AGRA Řisuty

Obr. 2: Modelové znázornění optimalizace původních PB či DPB s minimálním podílem ETP na PB

Obr. 3: V rámci optimalizace lze přenést trajektorie jízd postřikovače na ETP

Obr. 4: Při výraznější optimalizaci tvaru PP ve vztahu k pohybu techniky je nutné počítat s nárůstem výměry ETP

Obr. 5: ETP jsou cíleně vytvářeny na problematické části PB či DPB z hlediska obhospodařování včetně zohlednění map relativního výnosového potenciálu; mapy relativního výnosového potenciálu pro AGRA Řisuty připravuje společnost Varistar, s.r.o.

Analýza navržených řešení

Provedení optimalizace je samozřejmě spojeno analýzou výměry vzniklých produkčních ploch a environmentálně-technických ploch (tab. 1). V rámci optimalizace byla na dvou DPB provedena varianta optimalizace s požadavkem na minimální podíl ETP ve vztahu k původní ploše DPB (obr. 2). Při této variantě se celková plocha vzniklých ETP na výměře DPB 1501/6 podílela 6,6 %, u varianty s přísnějším požadavkem na optimalizaci tvaru PP poté 8,2 %. U dílu půdního bloku 2501/11 se celková plocha vzniklých ETP na výměře DPB hodnotou 9,7 % a u varianty s přísnějším požadavkem na optimalizaci tvaru PP poté 14,4 %.

Tab. 1: Analýza výměry vzniklých produkčních ploch a environmentálně-technických ploch po provedení dvou rozdílných variant optimalizace DPB

Závěry

Optimalizace půdních bloků umožňuje modelové provedení rozdílných variant řešení s možností kvantifikace změn a provedení výpočtů ekonomických přínosů a rizik. Současně však přináší tvorbu ekologických ploch - environmentálně technických v rámci každého optimalizovaného DPB, a tím i vytváření mozaiky zemědělské krajiny plošně rozložené, bez výrazné koncentrace ekologických ploch pouze do částí území.

Konečné řešení je vždy kompromisem mezi tvůrci modelových návrhů, dodavatelem technických řešení a samotným zemědělcem v pozici uživatele.

Práce vznikla v rámci projektů: QL24020309 - Systém environmentálně-technických optimalizací prostorových parametrů zemědělských pozemků v kontextu setrvalého efektivního hospodaření (NAZV) a EIP - Registrační číslo žádosti je 23/001/5377a/100/005351.

Doc. Ing. Václav Brant, PhD.¹, Ing. Jiří Kapička³, Ing. Jan Lang³, Ing. Vítězslav Krček, Ph.D.⁴, Doc. Ing. Milan Kroulík, Ph.D.¹, Ing. Patrik Vítek², Ing. Michal Krutiš⁵, Ing. Josef Chára^1
1Centrum precizního zemědělství při ČZU, ²Leading Farmers CZ, a.s., ³Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i., ⁴AGRA Řisuty, s.r.o., ⁵AGRI-PRECISION s.r.o.