Патент на изобретение №2295218

(54) СИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ТЕХНОЛОГИЮ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в системах управления агропромышленными комплексами. Система информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия с автоматизированными рабочими местами, использующая математические модели для описания отдельных объектов предприятия, построена по иерархическому принципу. Головное автоматизированное рабочее место предприятия дополнительно оснащено подсистемой коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий, связанной с блоком хранения информации от средств внешнего наблюдения, библиотекой математических моделей и приемопередающим устройством головного рабочего места. Изобретение позволяет оперативно контролировать изменения состояния участков сельскохозяйственных угодий и планировать технологический процесс с учетом полученных сведений. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в системах управления агропромышленными комплексами, использующими технологию точного земледелия.

Известна система информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия, использующего технологию точного земледелия, содержащая “n” автоматизированных рабочих мест на сельскохозяйственных машинах, каждое из которых включает в себя микропроцессор с заложенной в него математической моделью сельскохозяйственной машины и подключенные к нему датчики текущего состояния сельскохозяйственной машины, средство связи с навигационной спутниковой системой точного позиционирования и приемопередающее устройство, “k” блоков автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий, каждый из которых включает в себя математическую модель контролируемого участка сельскохозяйственных угодий и по крайней мере одно автоматизированное рабочее место непосредственного управления и контроля, включающее в себя персональную ЭВМ с заложенными в нее сведениями о технологии обработки участков сельскохозяйственных угодий и данными о текущем состоянии посевов (см. патент Германии №4442171 С2, А 01 В 79/00, 25.01.1996). Данная система предназначена для обслуживания одного фермерского хозяйства. Сведения о текущем состоянии сельскохозяйственных угодий заносятся в ЭВМ непосредственно фермером. Система предназначена для одиночного фермерского хозяйства и предполагается, что фермер единолично управляет техникой и сам принимает все решения.

Известна также система информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия, использующего технологию точного земледелия, содержащая “n” автоматизированных рабочих мест на сельскохозяйственных машинах, каждое из которых включает в себя микропроцессор с заложенной в него математической моделью сельскохозяйственной машины и подключенные к нему датчики текущего состояния сельскохозяйственной машины, устройство для внешнего ввода данных, блок визуального отображения данных, средство связи с навигационной спутниковой системой точного позиционирования и приемопередающее устройство, “k” блоков автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий, каждый из которых включает в себя математическую модель контролируемого участка сельскохозяйственных угодий и оснащенные передатчиками датчики текущего состояния контролируемого участка сельскохозяйственных угодий. Предполагается, что имеется также внешняя ЭВМ, но задачи и функции ее не определены (см. патент США №6199000, НКИ 701/50, 06.03.2001). Данная система также предназначена для обслуживания индивидуального фермерского хозяйства.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является система информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия, использующего технологию точного земледелия, содержащая n автоматизированных рабочих мест на сельскохозяйственных машинах, каждое из которых включает в себя микропроцессор с заложенной в него математической моделью сельскохозяйственной машины и подключенные к нему датчики текущего состояния сельскохозяйственной машины, устройство для внешнего ввода данных, блок визуального отображения данных, средство связи с навигационной спутниковой системой точного позиционирования и приемопередающее устройство, k блоков автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий, каждый из которых включает в себя математическую модель контролируемого участка сельскохозяйственных угодий и оснащенные передатчиками датчики текущего состояния контролируемого участка сельскохозяйственных угодий, и головное автоматизированное рабочее место управления предприятием, включающее в себя приемопередающее устройство, персональную ЭВМ с заложенной в нее библиотекой математических моделей, описывающих весь парк сельскохозяйственных машин и все участки сельскохозяйственных угодий, устройство для внешнего ввода данных, блок визуального отображения данных, внешнее запоминающее устройство, включающее блок хранения метеорологической информации местных метеостанций и метеоспутников, блок хранения информации от средств внешнего контроля сельскохозяйственных машин и участков сельскохозяйственных угодий и подсистему принятия решения коллегией главных специалистов, при этом автоматизированные рабочие места сельскохозяйственных машин и блоки автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий дистанционно связаны с автоматизированным рабочим местом управления предприятием (см. патент РФ №2251240, А 01 В 79/00, A 01 D 91/00, 05.10.2005). Данная система обеспечивает наиболее полное информационное обслуживание сельскохозяйственного предприятия. Однако в данной системе не учитывается текущее состояние сельскохозяйственных угодий, что затрудняет управление предприятием.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является создание системы информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия типа агропромышленного комплекса, использующего технологию точного земледелия, обеспечивающей оперативный учет изменений текущего состояния сельскохозяйственных угодий.

Поставленные задачи решаются тем, что в системе информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия, использующего технологию точного земледелия, содержащей “n” автоматизированных рабочих мест на сельскохозяйственных машинах, каждое из которых включает в себя микропроцессор с заложенной в него математической моделью сельскохозяйственной машины, средство связи с навигационной спутниковой системой точного позиционирования и приемопередающее устройство, “k” блоков автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий, каждый из которых включает в себя математическую модель контролируемого участка сельскохозяйственных угодий и оснащенные передатчиками датчики текущего состояния контролируемого участка сельскохозяйственных угодий, и головное автоматизированное рабочее место управления предприятием, включающее в себя приемопередающее устройство, ЭВМ с заложенной в нее библиотекой математических моделей, описывающих весь парк сельскохозяйственных машин и все участки сельскохозяйственных угодий, устройство для внешнего ввода данных, блок визуального отображения данных, внешнее запоминающее устройство, включающее блок хранения метеорологической информации местных метеостанций и метеоспутников, блок хранения информации от средств внешнего контроля сельскохозяйственных машин и участков сельскохозяйственных угодий и подсистему принятия решения коллегией главных специалистов, при этом автоматизированные рабочие места сельскохозяйственных машин и блоки автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий дистанционно связаны с автоматизированным рабочим местом управления предприятием, согласно изобретению головное автоматизированное рабочее место управления предприятием дополнительно оснащено подсистемой коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий, связанной с блоком хранения информации от средств внешнего наблюдения, библиотекой математических моделей и приемопередающим устройством.

При этом подсистема коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий включает в себя последовательно соединенные блок сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными характеристиками математической модели, блок ранжирования отличий и блок коррекции математической модели, при этом блок хранения информации от средств внешнего контроля, приемопередающее устройство и библиотека математических моделей соединены с блоком сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными данными математической модели, а выход блока коррекции математической модели соединен с библиотекой математических моделей.

Кроме того, блок ранжирования отличий дополнительно соединен с блоком коррекции математической модели через подсистему принятия решения коллегией главных специалистов.

Оснащение головного автоматизированного рабочего места подсистемой коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий, связанной с блоком хранения информации от средств внешнего наблюдения, библиотекой математических моделей и приемопередающим устройством, дает возможность оперативно изменить математическую модель участка сельскохозяйственных угодий с учетом текущего состояния участка, используя информацию, поступившую от внешних средств наблюдения и датчиков текущего состояния участка, и учесть текущее состояние участка при принятии решения о его дальнейшем технологическом использовании. Полнота сведений, необходимых для изменения математической модели и принятия решения о дальнейшем использовании участка, обеспечивается наличием в системе информационного обеспечения блоков хранения информации от внешних средств наблюдения и возможности дистанционного получения информации от датчиков автоматизированных рабочих мест на сельскохозяйственных машинах и датчиков в блоках автоматизированного контроля участков сельскохозяйственных угодий.

Предложенная структура подсистемы коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий, включающая в себя последовательно соединенные блок сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными характеристиками математической модели, блок ранжирования отличий и блок коррекции математической модели, при этом блок хранения информации от средств внешнего контроля, приемопередающее устройство и библиотека математических моделей соединены с блоком сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными данными математической модели, а выход блока коррекции математической модели соединен с библиотекой математических моделей, дает возможность учесть при коррекции математической модели степень изменения текущих характеристик участка, а дополнительное соединение блока ранжирования отличий с блоком коррекции математической модели через подсистему принятия решения коллегией главных специалистов обеспечивает оперативное принятие решения об использовании участка сельскохозяйственных угодий при существенном изменении характеристик участка, например при вымораживании посевов зимой, когда требуется принятие кардинального решения.

Изобретение дает возможность оперативно учесть изменения состояния участков сельскохозяйственных угодий и планировать технологический процесс на участке при дальнейшей работе с учетом изменения состояния участка.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая структурная схема системы информационного обслуживания агропромышленного комплекса (дистанционные связи между автоматизированными рабочими местами показаны условно без привязки к конкретным задачам); на фиг.2 – структура блока автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий; на фиг.3 – структурная схема автоматизированного рабочего места (АРМ) на сельскохозяйственной машине; на фиг.4 – структурная схема головного автоматизированного рабочего места (АРМ); на фиг.5 – структурная схема подсистемы принятия решения; и на фиг.6 – структурная схема подсистемы коррекции математической модели.

По структуре система информационного обслуживания агропромышленного комплекса соответствует разветвленной структуре предприятия. Агропромышленный комплекс включает в себя “k” отдельных участков 1 сельскохозяйственных угодий (поля, луга, пастбища т.д.), для обработки которых используются “n” сельскохозяйственных машин 2 (трактора с прицепными орудиями, сенокосилки, комбайны и другая техника), а также “m” неподвижных производственных объектов 3 (склады, элеватор, механические мастерские, весовая и т.д.). В управлении агропромышленным комплексом участвуют “g” главных специалистов (главный агроном, главный инженер, главный энергетик и т.д.), включая руководителя предприятия, которые могут работать как со стационарных центров 4 управления (офис главного специалиста), так и с мобильных центров управления, расположенных либо в автомобилях 5, либо в иных средствах перемещения, и центральном офисе 6 (головной центр управления). Агропромышленный комплекс имеет собственную телекоммуникационную локальную сеть с расположенной в центральном офисе головной станцией с приемопередающей антенной 7. В целях управления предприятием используются внешние информационные средства, включая навигационные спутники 8 системы точного позиционирования (GPS), метеоспутники 9, геоинформационные спутники 10 дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), местные метеостанции и другие средства внешнего наблюдения (пилотируемые и беспилотные летательные аппараты и т.п.).

В предложенной системе информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия каждая ячейка агропромышленного комплекса представлена отдельным звеном (АРМ или блоком автоматизированного контроля).

Каждый участок 1 сельскохозяйственных угодий представлен блоком автоматизированного контроля, включающим в себя математическую модель 11 контролируемого участка сельскохозяйственных угодий и оснащенные передатчиками датчики 12 текущего состояния контролируемого участка сельскохозяйственных угодий. Математическая модель 11 записывается на машиночитаемом носителе, например дискете или оптическом диске, и включает в себя сведения о расположении, границах и рельефе участка, сведения о высеянных на участках культурах, агротехнике их возделывания и текущем состоянии посевов. Датчики 12 собирают текущую информацию об участке (влажность, температура, осадки и т.п.) и передают их на антенну 7.

Каждая сельскохозяйственная машина 2 оснащена собственным АРМ 13, включающим в себя микропроцессор 14, с заложенной в него математической моделью 15 сельскохозяйственной машины, устройство 16 для внешнего ввода данных, блок 17 визуального отображения данных и подключенные к микропроцессору датчики 18 текущего состояния сельскохозяйственной машины 2 и прицепного орудия. В состав АРМ 13 входит также средство 19 связи с навигационной спутниковой системой точного позиционирования (навигационный датчик) и приемопередающее устройство 20, входящее в состав телекоммуникационной локальной сети.

Головное АРМ 21 управления предприятием включает в себя персональную ЭВМ 22 с заложенной в нее библиотекой 23 математических моделей, описывающих весь парк сельскохозяйственных машин 2, все неподвижные производственные объекты 3 предприятия и все участки 1 сельскохозяйственных угодий, устройство 24 для внешнего ввода данных, блок 25 визуального отображения данных, внешнее запоминающее устройство 26, включающее блок 27 хранения метеорологической информации местных метеостанций и метеоспутников и блок 28 хранения информации от средств внешнего контроля сельскохозяйственных машин, неподвижных производственных объектов и участков сельскохозяйственных угодий. Головное АРМ 21 оснащено также подсистемой 29 принятия решения коллегией главных специалистов методом голосования, подсистемой 30 коррекции математических моделей отдельных участков 1 сельскохозяйственных угодий и приемопередающим устройством 31 с антенной 7, входящими в состав телекоммуникационной локальной сети. АРМ неподвижных производственных объектов и АРМ сельскохозяйственных машин дистанционно связаны с АРМ главных специалистов, которые, в свою очередь, связаны с головным АРМ 21 управления предприятием. При необходимости головное АРМ 21 может также получать информацию непосредственно с датчиков 12 контроля текущего состояния участков 1 сельскохозяйственных угодий и любую информацию с АРМ неподвижных производственных объектов и АРМ 13 сельскохозяйственных машин.

Подсистема 29 принятия решения коллегией главных специалистов методом голосования включает в себя входной блок 32 формулирования задачи, блок 33 весового ранжирования ответов главных специалистов, блок 34 обработки ответов главных специалистов и блок 35 выдачи результатов голосования. Блок 32 формулирования задачи имеет информационные выходы 36 для передачи формулировки задачи на АРМ главных специалистов и информационные выходы 37, подключенные к входу блока 33 весового ранжирования и первому входу блока 34 обработки ответов главных специалистов. Выход блока 33 ранжирования соединен со вторым входом блока 34 обработки ответов главных специалистов, выход которого подключен к входу блока 35 выдачи результатов голосования. Блок 35 выдачи результатов голосования имеет информационные выходы 38 для передачи результатов голосования на АРМ главных специалистов и в подсистему 30 коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий и информационный выход 39 для передачи результатов голосования на блок 25 визуального отображения головного АРМ 21.

Подсистема 30 коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий включает в себя последовательно соединенные блок 40 сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными характеристиками математической модели, блок 41 ранжирования отличий и блок 42 коррекции математической модели, при этом блок 28 хранения информации от средств внешнего контроля, приемопередающее устройство 31 и библиотека 23 математических моделей соединены с блоком 40 сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными данными математической модели, а выход блока 42 коррекции математической модели соединен с библиотекой 23 математических моделей. Дополнительно блок 41 ранжирования отличий соединен с блоком 42 коррекции математической модели через подсистему 29 принятия решения коллегией главных специалистов.

Система информационного обслуживания агропромышленного комплекса выполняет несколько функций: сбор информации о текущем состоянии сельскохозяйственных угодий, сельскохозяйственных машин и производственных объектов; хранение собранной информации и математических моделей отдельных участков отдельных участков сельскохозяйственных угодий и других ячеек агропромышленного комплекса; передачу информации на автоматизированные рабочие места; информационное обслуживание АРМ сельскохозяйственных машин, АРМ неподвижных производственных объектов и АРМ главных специалистов и руководителя предприятия, в том числе при принятии ими коллегиальных решений.

При сборе информации о текущем состоянии сельскохозяйственных угодий, сельскохозяйственных машин и производственных объектов используют информацию с датчиков 12 и 18, а также данные от системы внешнего наблюдения, включая данные метеоспутника 9, геоинформационного спутника 10, визуальных наблюдений, а также информацию, получаемую от беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов, службы МЧС и т.д. Вся информация хранится в блоках 27 и 28 внешнего запоминающего устройства 26. Частично информация также хранится в микропроцессорах 14 и персональных компьютерах главных специалистов. Это позволяет полностью отслеживать ситуационную динамику агропромышленного комплекса. Обмен информацией о текущем состоянии сельскохозяйственных угодий, сельскохозяйственных машин и производственных объектов осуществляется с помощью телекоммуникационной локальной сети. В данной заявке не рассматриваются проблемы защиты информации от несанкционированного доступа.

Система позволяет главным специалистам и руководству предприятия оперативно реагировать на изменение текущей обстановки на отдельных участках сельскохозяйственных угодий и учитывать происшедшие изменения в дальнейшей работе. Например, весной с датчиков 12 и геоинформационных спутников 10 на головное рабочее место 21 поступает информация о конкретном состоянии посевов на каждом из участков, дающая возможность оценить состояние посевов после зимовки запасы влаги на каждом поле. Полученные данные сравниваются в блоке 40 с исходными данными, записанными в математической модели соответствующего участка, например сравнивается заложенный в математическую модель уровень повреждения посевов морозами с реальными данными, по фотографиям, переданным геоинформационным спутником 10. Результаты сравнения передаются в блок 41 ранжирования отличий и, если уровень повреждения укладывается в допустимые пределы, результаты сравнения передаются в блок 42 коррекции математической модели, и вносятся изменения в математическую модель участка, например в прогнозируемый уровень урожая на данном участке. В противном случае для принятия решения результаты сравнения передаются в подсистему 29 принятия решения, чтобы получить мнение главных специалистов. Главные специалисты могут принять решение – оставить все как есть, пересеять часть анализируемого участка или весь участок, или вывести участок из сельскохозяйственного оборота на определенный период времени. Принятое решение передается в блок коррекции математической модели и соответствующие изменения вносятся в математическую модель участка сельскохозяйственных угодий. Скорректированная математическая модель используется для последующего уточнения графика работ на данном участке. Здесь рассмотрен один случай, но для специалистов понятно, что возможности системы информационного обслуживания не ограничиваются данным примером.

Информационное обслуживание АРМ 13 сельскохозяйственной машины 2 связано с проведением каких-либо работ на отдельном участке 1 сельскохозяйственных угодий. Из библиотеки 23 математических моделей получают скорректированную математическую модель участка сельскохозяйственных угодий и выполнят технологические операции в соответствии со скорректированной математической моделью.

Информационное обслуживание главных специалистов и руководителя предприятия заключается в основном в передаче им в режиме реального времени сведений о всех изменениях в ситуационной динамике агропромышленного комплекса с выводом информации АРМ главных специалистов.

Для формирования автоматизированных рабочих мест могут использоваться любые средства вычислительной техники, включая ноутбуки, персональные компьютеры, серверы, мониторы любого типа, в том числе плазменные панели, клавиатурные и бесклавиатурные средства внешнего ввода данных, струйные и лазерные принтеры и т.д.

Формула изобретения

1. Система информационного обслуживания сельскохозяйственного предприятия, использующего технологию точного земледелия, содержащая n автоматизированных рабочих мест на сельскохозяйственных машинах, каждое из которых включает в себя микропроцессор с заложенной в него математической моделью сельскохозяйственной машины, средство связи с навигационной спутниковой системой точного позиционирования и приемопередающее устройство, k блоков автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий, каждый из которых включает в себя математическую модель контролируемого участка сельскохозяйственных угодий и оснащенные передатчиками датчики текущего состояния контролируемого участка сельскохозяйственных угодий, и головное автоматизированное рабочее место управления предприятием, включающее в себя приемопередающее устройство, ЭВМ с заложенной в нее библиотекой математических моделей, описывающих весь парк сельскохозяйственных машин и все участки сельскохозяйственных угодий, устройство для внешнего ввода данных, блок визуального отображения данных, внешнее запоминающее устройство, включающее блок хранения метеорологической информации местных метеостанций и метеоспутников, блок хранения информации от средств внешнего контроля сельскохозяйственных машин и участков сельскохозяйственных угодий и подсистему принятия решения коллегией главных специалистов, при этом автоматизированные рабочие места сельскохозяйственных машин и блоки автоматизированного контроля отдельных участков сельскохозяйственных угодий дистанционно связаны с автоматизированным рабочим местом управления предприятием, отличающаяся тем, что головное автоматизированное рабочее место управления предприятием дополнительно оснащено подсистемой коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий, связанной с блоком хранения информации от средств внешнего наблюдения, библиотекой математических моделей и приемопередающим устройством.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что подсистема коррекции математических моделей отдельных участков сельскохозяйственных угодий включает в себя последовательно соединенные блок сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными характеристиками математической модели, блок ранжирования отличий и блок коррекции математической модели, при этом блок хранения информации от средств внешнего контроля, приемопередающее устройство и библиотека математических моделей соединены с блоком сравнения текущих характеристик отдельного участка сельскохозяйственных угодий с исходными данными математической модели, а выход блока коррекции математической модели соединен с библиотекой математических моделей.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что блок ранжирования отличий дополнительно соединен с блоком коррекции математической модели через подсистему принятия решения коллегией главных специалистов.

РИСУНКИ