A precíziós talajmûvelés agrotechnikai alapjai

E változásokat figyelembe vevõ gazdálkodási rendszer kialakítása azonban igen sok összetevõtõl függ, amelyek ismerete, kezelése, mûködtetése, rendszerbe foglalása az idõk során folyamatosan fejlõdött ugyan, de még napjainkban is különbözõ megvalósítási szinten áll. A precíziós mezõgazdaság hardver és szoftver elemeinek nagy részét (GPS rendszer, traktorok, kombájnok, Green Star, Fieldstar stb.) a multinacionális cégek kidolgozzák, gyártják, forgalmazzák. A talajmûvelés azonban annyira helyhez kötött, hogy a precíziós talajmûvelési rendszer (Precision Tillage, PT) megvalósításához szükséges – a termõhelyi adottságokhoz igazodó – gépek, eszközök kifejlesztése csak lokálisan lehetséges.

A talajmûvelési rendszerek fejlõdése

 

A talajmûvelési rendszer egy meghatározott területen egy vagy több növény sikeres és gazdaságos termesztéséhez szükséges talajmûvelési eljárások összessége. A talajmûvelés rendszerezése általában a növények vetésideje, a talajtípusok és a különleges feladatok, valamint a szerzõk által kidolgozott módszerek szerint történik. A szántóföldi növények talajmûvelési rendszerei az idõk során folyamatosan változtak és fejlõdtek.



Egy új rendszer kialakítását befolyásoló tényezõk hatásának vizsgálatánál és igényének kielégítésénél célszerû figyelembe venni és felhasználni a mûszaki fejlõdés eredményeit. A mezõgazdaság mûszaki bázisának (általános géprendszer) fejlõdését a számítógéppel támogatott mezõgazdasági termelési rendszerben (CAF) egyértelmûen az elektronika, az informatika és az automatizálás határozza meg. Az általános fejlesztési tendenciákból nem maradhat ki a talajmûvelés gépesítése sem. Az egyes fejlesztési irányok rendszerbe foglalásának eredményeként jöhetnek létre az intelligens munkagépcsoportok.

A feltételrendszer egyes elemeinek készenléti állapota a következõk szerint jellemezhetõ:

1. A modern traktorok e feltételt kielégítik (FENDT, John Deere, Challenger stb.)

2. A talajtérkép készítés kutatása két irányban folyik:



a.) Direkt – vontatási ellenállásmérés

– traktor függesztõkarok

– mérõkeret

– dinamométer



b.) Indirekt – mágneses/elektromos veze­tõképesség mérés

– mágneses vezetõképesség: EM 38

– elektromos vezetõkép.: Veris 3100

3. A munkagép fejlesztés állapota típusonként igen különbözõ képet mutat:

– Elõrehaladott területek: betakarítás, vetés, növényvédelem, tápanyag-utánpótlás;

– Kísérleti stádiumban lévõ terület: 

     - talajmûvelés

            • valós idejû munkaminõség mérés: növényi maradvány, szerszám szögállás, porhanyítás, felszínemelkedés (lazítás), felszínelmunkálás, 

        • mûködési paraméterek szabályozása: sebesség, munkamélység, munkaszélesség, szögelfordulás, fordulatszám, nyomás.

A preciziós talajmûvelés (PT) technikai feltételrendszere

A valósidejû munkaminõség mérés lehetõségei

A munkaminõségi jellemzõk valós idejû mérését néhány paraméternél már megoldották (pl. munkamélység, munkaszélesség), de a legfontosabb hatások digitális mérése, értékelése még csak kutatási szintig jutott el. Ezek közül az aprítást-porhanyítást jellemzõ felszíni rögeloszlás, ill. a forgatást-keverést jellemzõ felszíni növénymaradvány mennyiség mérésére alkalmas módszereket, megoldásokat szeretnénk bemutatni.



A talajfelszínen lévõ rögök méreteloszlásának elemzése céljából egy olyan program kidolgozását kezdtük meg, amely imitálja az eddig alkalmazott hagyományos un. rácsos módszert. A szántóföldön készített felvétel képét (scannerrel, vagy videokamerával) a számítógépbe juttatjuk és erre egy megfelelõ kalibrált hálót terítünk, amelynek mérete tetszõlegesen állítható. A te­rület teljes egészében értékelhetõ, de ráhelyezve egy maszkot, a kívánt területrész kinagyítható és önmagában külön is elemezhetõ. Ezután a program, ha a háló egy cellájáról úgy találja, hogy része egy rögnek, akkor ezt kék ponttal megjelöli, majd az összefüggõ cellákat zölddel körbekeríti (1.ábra).

Az egyedi rög, illetve a kiválasztott magágyrészlet vizsgálata egyaránt azt bizonyította, hogy a „virtuális rácsos” módszer – a töredékcellák figyelembevételét célzó továbbfejlesztés után – megfelelõen használható a felszíni rögösség meghatározására.

Növényi maradványok mennyiségének meghatározási módszerei:



– Tömegmérés (kg v. t/ha)

– Fedettség mérés (terület %)



A fedettség mérés hagyományos és új módszerei:

– Rácsos módszer

– Mérõhuzalos módszer

– Becsléses

– Fényképek összehasonlítása

– Digitális képanalízis



A digitális mérési módszer alapjait a 2. ábra szemlélteti.

A gabonatarlón, illetve kukoricatarlón készített felvételek, azok konvertált képe, valamint a program által generált fedettségi százalékértékek jól szemléltetik a különféle mûvelések keverõ hatását (3-4. ábra).

A számítógépes alak-felismeréses technika a videofelvételek kimerevített, ill. a digitális fényképezõgéppel készített felvételek képeinek értékelésével alkalmas lehet a növényi maradványok által létrehozott talajfedettség mértékének valós idejû mérésére. Módszerünk alkalmazásával létrehozható egy olyan képi adatbank, amelynek segítségével az aktuális talajmûvelési eljárás gyorsan értékelhetõ és a munkagép beállítás szükséges módosítása végrehajtható.



A jelenlegi készültségi fokon a módszer a különbözõ mûvelések digitális, vagy digitalizált analóg fényképfelvételei alapján jól alkalmazható a munkaminõség utólagos meghatározására.



További kutatások szükségesek, amelyek alapján a módszer alkalmassá tehetõ a szántóföldi körülmények között valósidejû mûködésre. Ehhez szükséges a kidolgozott algoritmus továbbfejlesztése, az önkalibrációs eljárás kidolgozása.



Az önkalibrációt nehezítõ tényezõk: a különbözõ talajféleségek és talajállapot (nedvességtartalom, talajösszetétel), a különbözõ növényi maradványok sokfélesége (gabonaszalma, kukoricaszár, zöldnövény stb.), a háttérvilágítás tónusváltoztató hatása.

Mûködési paraméterek szabályozásának digitalizálási lehetõségei

A talajmûvelõ gépek mûködési paramétereinek valósidejû szabályozási feltétele egyrészt a munkagép állító-szabályozó me­chanizmusok megléte, másrészt a beállított paraméterek szenzorálása. Az egyes talajmûvelõ gépek állítási-szabályozási lehetõségeit a táblázat foglalja össze.

A táblázat elemeit elemezve megállapítható, hogy a mûszaki-technikai feltételek szempontjából az ekéknél (változtatható fogásszélességû típusok), a tárcsás boronáknál (kompakt típusok), a középmélylazítóknál (VFK típus, 5. ábra) és a TLT hajtású eszközöknél viszonylag kedvezõ a helyzet. A szántóföldi kultivátoroknál és a magágykészítõ gépeknél még igen komoly fejlesztési feladatok várnak a kutatókra, géptervezõkre.

A talajmûvelõ gépek mûködési paramétereinek valósidejû szabályozására alkalmas, szenzorált és ISOBUS csatlakozási lehetõséggel bíró, hazai fejlesztésû eszközökrõl sajnos még nem tudunk beszámolni. Ezért – a sajnálatosan nem túl sok – külföldi példából mutatunk be néhányat.

A Pöttinger SERVOMATIC váltvaforgató ekével megvalósítható az „elektronikus szántás” (6. ábra). Megfelelõ fedélzeti számítógépes rendszerrel ellátott traktor (pl. FENDT) esetén a vezetõ a traktorfülkébõl elektronikus úton szabályozhatja:

– az elsõ eketest fogásszélességét,

– az eketestek fogásszélességét,

– az eke „vonó pontjának” helyét,

– az eke átfordítását,

– a fõtartó szögét,

– az eketestek biztosító berendezését,

– a munkamélységet és a szállítási szélességet.

A LEMKEN Vari-Titan és Euro Titan ekékhez kifejlesztett berendezés két ultraszonikus szenzor segítségével méri az eke gerendely és a barázda fal közötti távolságot (7. ábra). Az információkat fedélzeti számítógép dolgozza fel és szükség esetén automatikusan aktiválja az elektro-hidraulikus szabályozó berendezéseket. Az eke helyzetérõl grafikus és akusztikus kijelzõ tájékoztatja a traktorvezetõt.

A Kverneland és a Grégoire Besson gyárak nagyméretû ekéit olyan mechatronikai és informatikai elemekkel látták el, amelyek lehetõvé teszik a táblavégi mûködtetés és beállítás automatikus megvalósítását (8. ábra).

A Claas céghez tartozó AGROCOM Vision felhasználva a dán ECO-DAN rendszert, a sorközmûvelõ kultivátorozás területén ért el olyan eredményeket, amelyek a jövõbeni precíziós talajmûvelési (PT) rendszer kibõvítését teszi lehetõvé a mechanikus növényápolás területére (9. ábra).

A precíziós talajmûvelés (PT) mûszaki feltételrendszerének megalapozása érdekében az eddig elért eredmények még messze nem elegendõek. A K+F+I munkát a következõ területeken célszerû és szükséges folytatni:

1. A talajállapot meghatározására és ellenõrzésére alkalmas módszerek és mûszerek megalkotása, kiválasztása.

– Az elektromágneses vezetõképességen alapuló módszerek további kutatása (VERIS System),

– vontatási ellenállásmérésen alapuló mûvelhetõségi térképkészítésre alkalmas mûvelõelemek kiválasztása és széles körû elfogadtatása, sõt szabványosítása (lásd. Sack eke),

2. A munka minõségi mutatók real-time mérésére, értékelésére alkalmas módszerek, érzékelõk tovább fejlesztése, kiválasztása.

– Mélység/szélesség – optikai, radar szenzor,

– felszínalakítás – image analyzis, lézer,

– felszíni porhanyítás – image analyzis,

– keverõ hatás – image analyzis.

3. A talajmûvelõ gépek (mûvelõelemek) beállítási, mûködési paramétereinek, mûködés közbeni ellenõrzésére, szabályozására alkalmas megoldások továbbfejlesztése, kiválasztása.

– Mélységállítás (ekéknél, lazítóknál, magágykészítõknél),

– munkaszélesség állítás (ekéknél, lazítóknál, tárcsás boronáknál),

– mûvelési szögállítás (lazítóknál, kultivátoroknál),

– szerszámosztás állítás (kultivátoroknál, magágykészítõknél),

– fordulatszám állítás (rotációs boronáknál, talajmaróknál),

– terhelés (tömörítés) állítás (hengerboronáknál).

4. A traktoros munkagépcsoport fedélzeti info-központjának mûködéséhez szükséges munkagépoldali interfész elemek kialakítása, kiválasztása.

– ISOBUS (ISO-11783) rendszerelemek kidolgozása talajmûvelõ gépekhez.

Jóri J. István • Rádics János Péter