Úskalí práce se zonalitou půdního bloku (2)

02. 09. 2024 Doc. Ing. Václav Brant, Ph.D. a kol. Precizní zemědělství Zobrazeno 739x

Dominantní postavení při tvorbě aplikačních map mají družicové snímky. Jejich rozlišení v současné době vychází z rastu 10 × 10 m (program Sentinel). Program Landsat nabízí rozlišení pixelů na úrovni rastru 30 × 30 m a společnost Planet Labs poskytuje snímky s rastrem 3 × 3 m. Jedná se nejen o mapy relativního výnosového potenciálu, ale rovněž o mapy půdní úrodnosti, povrchové teploty půdy apod. Druhou možností je získání zdrojových dat pro tvorbu map z bezpilotních prostředků, která na základě použitého systému obrazových prostředků a jejich rozlišení nabízejí mapové podklady s rozlišením na úrovni několika milimetrů.

Rastr aplikačních map a reakce strojů

Velikost rastru aplikační mapy zásadním způsobem ovlivňuje reakci pracovních souprav využívaných v precizním zemědělství, která je samozřejmě dána pracovním záběrem celého stroje, či záběrem jeho sekcí umožňujících změnu parametru (změna výsevku, výše dávky aplikované látky, hloubky zpracování půdy, změna přítlaku na secí botku apod.).

V současné době variabilní změnu parametrů práce strojů v čase a prostoru ve vztahu k zónám aplikační mapy nabízejí stroje pro aplikaci kapalných látek (konvenční postřikovače), aplikátory pevných látek na úrovni granulí a pelet (konvenční rozmetadla), secí stroje se sekční kontrolou v rámci částí pracovního záběru (secí stroje pro úzkořádkové plodiny) a secí stroje pro širokořádkové plodiny spadající do kategorie strojů pro přesné setí (sekční kontrola na úrovni jednotlivých výsevních sekcí). Sekční kontrola se uplatňuje i u strojů pro meziřádkovou kultivaci (plečky), ale i u strojů pro celoplošnou kultivaci (nap. prutové brány).

Adekvátní reakce strojů na změnu parametrů pozemku charakterizovanou aplikační mapou s daným rastrem rozlišení je dána interakcí mezi velikostí pixelu mapy a záběrem stroje, či jeho sekcemi (obr. 1).

Obr. 1: Vztah mezi rastrem aplikační mapy a vybranými pracovními záběry strojů - u konvenčních postřikovačů se jedná o technické prostředky umožňující individuální ovládání práce sekcí na aplikačním rámu, které se vyznačují záběrem individuálních sekcí v rozmezí několika metrů (starší konstrukce) a strojů vybavených systémem individuálního vypínání trysek v celém záběru ramen, zde je rastr aplikace následně určován roztečí trysek (nejčastěji 0,25 nebo 0,5 m)

Aplikátory pevných látek představované klasickými rozmetadly průmyslových hnojiv (dnes i granulovaných organických hnojiv, pelet s obsahem biologických přípravků apod.) nabízejí možnost variabilní změny záběru v celé pracovní ploše a možnost variabilní aplikace pro dvě zóny aplikace, tedy pro levou a pravou stranu ve vztahu ke středu pracovní soupravy. Rastr aplikace následně vychází z pracovního záběru rozmetadla (dominantně od 12 do 45 m) děleného dvěma.

Další skupinu představují secí stroje vybavené technickými řešeními pro variabilní změnu výsevku. U secích strojů pro výsev úzkořádkových plodin je sekční kontrola řešena na úrovni poloviny záběru, či třetin a čtvrtin záběru, tedy opět na úrovni záběru individuální práce sekcí v jednotkách metrů. Na trhu se začínají velmi omezeně objevovat stroje s individuálním ovládáním jednotlivých výsevních botek, ale je otázkou, zda náklady na pořízení přinesou požadovanou ekonomickou úsporu. Druhou kategorii představují secí stroje pro přesné setí, kde lze individuálně nastavovat nejen variabilitu výše výsevku během jízdy na celý záběr stroje, ale i pro jednotlivé sekce. Rastr pixelu plochy je poté ovlivněn změnou rozteče jednotlivých sekcí, který se může pohybovat v rozmezí 0,37 až 0,75 m.

Plečky pro meziřádkovou kultivaci širokořádkových plodin s roztečí řádků 0,4 až 0,75 m jsou komerčně dostupné. Otázkou zůstává vývoj sekční kontroly u pleček do plodin s užšími řádky v rozmezí 0,25 až 0,4 m.

U strojů pro celoplošnou kultivaci půdy jsou k dispozici technická řešení se sekční kontrolou u prutových bran (obr. 2). Dominantní využití sekční kontroly u strojů pro mechanickou kultivaci je při nájezdech a výjezdech na souvratích, či pro optimalizaci záběrů ve vtahu k šířce kultivované plochy. Použití pro variabilní práci na základě map zaplevelení je spíše omezené.

Obr. 2: Prutové brány vybavené sekční kontrolou jednotlivých sekcí

Kromě velikosti pixelu předpisové aplikační mapy má vliv prostorová orientace pixelů ve vztahu ke směru jízdy strojů. Oba parametry mapy jsou obtížně měnitelné. Orientace pixelu na mapě je dána směrem letových trajektorií družic a směr pracovních jízd vychází z prostorových parametrů půdního bloku (PB) nebo jeho dílu (DPB) a je většinou měnitelný v rozsahu několika stupňů nebo jej lze ovlivnit optimalizací tvaru půdního bloku, tedy procesy optimalizace na základě dělení, slučování, tvorby produkčních ploch apod.

Rychlost reakce strojů na aplikační mapy

Opomeneme-li postřikovače s individuálním ovládáním trysek a stroje pro přesné setí, je většina strojů pro polní práce z hlediska záběru, případně záběru individuálně ovládaných sekcí, schopná reagovat na změny předpisové aplikační mapy v jednotkách až v desítkách metrů. Tato skutečnost komplikuje požadované slazení práce strojů s rastrem aplikační mapy.

Daná nepřesnost vzniká nejen při jízdě daného stroje na rozhraní zón mapy ve směru pracovní jízdy, ale také při nájezdu a výjezdu ze zóny do zóny sousední. Danou skutečnost dokládá obrázek 3, který znázorňuje změnu reakce strojů při přejezdu zóny určující variabilní změnu dávky hnojiva a výsevku. Pro model je použito rozmetadlo se záběrem 24 m s možností variabilní změny dávky v záběru (12 a 12 m) a secí stroj s variabilní změnou dávky na celý záběr 6 m. Přechodová hranice mezi zónami vychází z rastru 10 × 10 m. Předpisová mapa poté úplně nekoresponduje s realitou. Při pohledu na rozdílné případy nájezdů strojů do zón (směr jízdy vůči orientaci stran pixelu zóna nebo třeba klínový náběh zóny ve směru jízdy), tak se hranice změny bude také odvíjet od směru jízdy stroje (obr. 3).

Dalším zdrojem vzniku variability je i rozdílný záběr strojů a jejich reakce na zóny dané předpisové aplikační mapy (obr. 4).

Obr. 3: Změna reakce strojů při přejezdu zóny určující variabilní změnu dávky hnojiva a výsevku - pro model je použito rozmetadlo se záběrem 24 m s možností variabilní změny dávky v záběru (12 a 12 m) a secí stroj s variabilní změnou dávky na celý záběr 6 m

Obr. 4: Mapy aplikace zobrazující variabilní práci rozmetadla (vlevo - záběr 36 m) a secího stroje (vpravo - variabilní změna na celý pracovní záběr 8 m) při využití shodné aplikační mapy relativního výnosového potenciálu

Reakci strojů, resp. spínání a vypínání aplikace, s ohledem na přítomnost části ramen postřikovače, secího stroje nebo aplikačního obrazce rozmetadla v určité zóně, lze volit s rozdílnou strategií. Zapínání při vstupu do zóny, vstup třetiny nebo poloviny záběru a podobně. S dosavadním technickým vybavením se ve většině případů jedná o změnu dávky shodně v celé šíři záběru stroje. Hovoříme o autonomní funkci stroje. U většiny aplikací je toto řešeno také při najíždění a vyjíždění z nebo na souvrať.

S vyšší nepřesností se setkáváme u manuálního spouštění a zvedání strojů. Na obrázku 5 jsou tyto rozdíly dobře patrné rozdíly v pozicích spouštění a vyhlubování nářadí při otáčení soupravy. Tato skutečnost vede k nadměrnému navyšování počtu přejezdů na souvratích spojeným s vyšší zátěží půdy. Rovněž se navyšuje počet objetí soupravy na souvratích z důvodu zajištění celoplošného zpracování půdy. Tím dochází také k opakovaným přejezdům již jednou zpracované plochy. Kromě navyšování nákladů na pracovní operaci dochází částečně k potlačování efektu základního zpracování půdy, kdy jsou na povrch půdy opětovně vynášeny zaklopené rostlinné zbytky a rezidua, které mohou přinášet komplikace při následné předseťové přípravě, setí a celkově negativní dopad na nový porost.

Obr. 5: Dopady manuálního ovládání soupravy při otáčkách na přesnost zahlubování a vyhlubování

Ohniskové ošetření postřikovačem

V případě reakce na vyloučené zóny, což je podmínka pro zajištění správné funkce ohniskového ošetření, především u postřikovačů, je potřeba počítat s určitými nedostatky. Jedním z nich je samotný počet ploch (polygonů) pro ošetření, omezený kapacitou a výkonem palubního počítače. Aby bylo zajištěné ošetření celé plochy ohniska, je často zapotřebí rozšířit hranice pro vypnutí a zapnutí sekce nebo trysek. Tím se na druhou stranu navýší ošetřená plocha. Z tohoto důvodu se volí protažení ohniska ve směru jízdy.

V našem jednoduchém polním testu byla ověřována přesnost takovéhoto zapínání pro pulzně řízené trysky postřikovače. Pro jednotlivé varianty byly připraveny plochy o délce cca 2 m ve směru jízdy postřikovače. Začátek a konec aplikace byl přesně zaměřen při extrémně pomalé jízdě postřikovače. K těmto bodům byly následně připraveny pásky z vodocitlivých papírů, které reagují zbarvením při kontaktu s vodou (obr. 6). Na obrázku jsou dobře patrny rozdíly v pokryvnosti během ošetření. Z výsledků vyplynulo, že aplikace se spouští s předstihem a začátek ohniska je dostatečně ošetřen. Při vypínání byl zaznamenán také předstih, ale předčasné vypnutí se projevilo výrazným snížením pokrytí. Tento pokles byl ještě výraznější při vyšší rychlosti okolo 25 km/hod (obr. 7). Pro zajištění potřebné kvality aplikace bude zapotřebí v aplikační mapě ještě prodloužit konec ošetřovaného ohniska a otázkou je také pracovní rychlost stroje.

Obr. 6: V polním testu byla ověřována přesnost takovéhoto zapínání pro pulzně řízené trysky postřikovače - pro jednotlivé varianty byly připraveny plochy o délce cca 2 m ve směru jízdy postřikovače; začátek a konec aplikace byl přesně zaměřen při extrémně pomalé jízdě postřikovače

Obr. 7: Při vypínání byl zaznamenán také předstih, ale předčasné vypnutí se projevilo výrazným snížením pokrytí, tento pokles byl ještě výraznější při vyšší rychlosti okolo 25 km/hod.

Další optimalizace parametrů

Výše uvedené skutečnosti však nelze vnímat jako faktory znevažující variabilní aplikace, ale jako dosavadní stav vývoje a informace pro další vývoj technologií. Na druhé straně je dosavadní stav vývoje spojen s otázkou, kterou bude nutné neustále diskutovat. Neustále se bude totiž hledat vyváženost mezi vývojem techniky a optimalizací vnějších a vnitřních parametrů PB či DPB. Nelze zapomínat na skutečnost, že potenciál celé technologie bude vždy limitován nejslabším článkem, tedy technicky a technologicky „nejslabším“ strojem.

Z hlediska optimalizace vnitřních parametrů PB či DPB se může jednat o zjednodušení zón předpisové aplikační mapy. Ta nejčastěji vychází z násobků stroje se nejširším záběrem. V konvenci, ale i v ekologii, lze záběr postřikovače a možnosti jeho sekční kontroly za zásadní parametr pro optimalizaci trajektorií dalších strojů, včetně jejich sladění. Zásadní roli hraje optimalizace záběrů strojů v technologii, které mají být primárně koncipovány do shodných záběrů, či jejich násobků.

Záběr postřikovače několika násobně překračuje záběry strojů pro zpracování půdy a pro setí. Prosté vycházení z jeho celkových záběrů většinou nevychází na šířku PB, na průjezd mezi sloupy, překážkami apod. Proto se zde pracuje i se změnou záběru aplikace bez sklápění ramen, ale při dodržení násobků záběrů secího stroje a strojů na zpracování půdy. Výsledkem optimalizace je tvorba větších pravidelných zón, které korespondují se záběry strojů a směry pohybu techniky (obr. 8).

Obr. 8: Optimalizace tvaru a výměry zón předpisových aplikačních map ve vztahu k technickým parametrům techniky a pohybu souprav po půdním bloku

Tento systém lze považovat za velmi výhodný i pro PB a DPB s výměrou nižší než 5 ha, kde se zatím s využitím variabilního přístupu nepočítá. Diferenciace zón na těchto plochách mnohdy výrazně koresponduje s okrajovými vlivy stromové vegetace, vnitřních krajinných prvků, údolnic apod. Přesto se snažíme na těchto pozemcích využít potenciál techniky, který může vést ke snížení vstupů a ekologických rizik. Podíl malých PB na výměře půdy zemědělského subjektu není zanedbatelný a návratnost investic do moderních technologií by se měla projevit i na těchto plochách. Systém však není využitelný na všech PB, je to součást systémových opatřeních.

Přesto je potřeba nezapomínat na případná rizika. Jedním může být vznik šachovnicovitých ploch, které se můžou projevit i opticky na porostu. Tento jev však byl pozorován i u dosavadních systémů variabilního přístupu k aplikacím v zahraničí.

Zcela legitimní otázkou je, zda je zjednodušení zón ve vztahu k záběrům strojů správně, ale tady se špatně hledá odpověď i na otázku, zda přechodové zóny stávajících map vykazují 100% přesnost.

Práce vznikla v rámci projektu NAZV QL24020309.

Doc. Ing. Václav Brant, Ph.D.¹, Ing. Josef Chára¹, Doc. Ing. Milan Kroulík, Ph.D. ¹, Ing. Jaroslav Pinkas^2
1Centrum precizního zemědělství při České zemědělské univerzitě Praha; ²STROM PRAHA, a.s.
foto: V. Brant