Основная задача высоких технологий – последовательная оптимизация всех регулируемых лимитирующих факторов, максимально возможное использование ФАР, тепла, влаги и генетического потенциала растений. Любое нарушение продукционного процесса, явившееся следствием природных катаклизмов или технологических ошибок, резко снижает их эффективность. Поэтому высокие технологии целесообразны лишь в относительно благополучных природных условиях с минимальной вероятностью стрессовых ситуаций, при наличии высоко профессиональных исполнителей, владеющих последними достижениями научно-технического прогресса. При выполнении таких технологий сводятся к минимуму экологические риски химического загрязнения, так как используются сорта (в том числе трансгенные), устойчивые к вредным организмам, применяются высокоэффективные биопрепараты, точно по назначению вносятся агрохимические средства, повышается роль биологического азота в балансе агроценозов. За счет сокращения уплотняющего воздействия на почву движителей машин, благодаря постоянной технологической колее, обогащения почвы растительными остатками вследствие повышения продуктивности агроценозов, рационального регулирования почвенных режимов предотвращается деградация почв и ландшафтов.
Возможность применения высоких технологий в последние годы значительно возросла. Появились географические информационные системы (ГИС) и глобальные спутниковые системы позиционирования (ГСП), позволяющие через бортовой компьютер управлять технологическими операциями. Есть сельскохозяйственные машины, у которых норму высева, дозы вносимых удобрений и средств защиты растений можно менять в ходе движении агрегата по полю. Решающая роль при всем этом принадлежит информационному обеспечению принятия, исполнения и контроля решений.
Разработка программы управления в точном земледелии начинается с предварительного исследования вариабельности почвенного покрова, на их основе создаются электронная карта поля и программа дифференцированной технологии. Полученные результаты вводятся в стационарный и бортовой компьютеры, реализующий их выполнение. Удобрения могут вноситься и по программе «online», где содержание азота в растениях измеряется непосредственно в процессе движения агрегата и по его дефициту, когда обеспечивается сигнал, регулирующий дозу внесения.
Для точных технологий необходимы:
1. Навигационная система – глобальная система позиционирования (ГСП) с вводом данных в бортовой компьютер.
2. Комбайны для уборки урожая с постоянным измерением его величины, в соответствии с которой бортовой компьютер задает скорость движения агрегата, оборотов молотильного барабана и другие необходимые параметры. Использование таких комбайнов – первый шаг в переходе к точному земледелию.
3. Аппаратура для исследования изменчивости характеристик почвы в пределах поля с использованием автоматизированных средств, размещаемая на самом движителе, или на прицепном устройстве к нему.
4. Рабочие органы сельскохозяйственных машин с компьютерным управлением технологическими операциями (норма высева, дозы внесения удобрений и средств защиты растений).
5. Стационарный компьютер с программным обеспечением, выполняющий следующие функции:
- ведение картотеки полей с использованием геоинформационных систем (ГИС);
- анализ вариабельности характеристик почвенного и растительного покровов;
- формирование программы и ее запись на диск, дискету и др.
6. Бортовой компьютер с программным обеспечением, реализующим программу управления, осуществляющий:
- прием сигналов от ГСП и других датчиков в процессе движения агрегата по полю;
- накопление данных с использованием ГИС-технологии;
- управление технологическими операциями.
В базе данных накапливается и хранится вся информация, относящаяся к хозяйству, состоянию сельскохозяйственных полей, возделываемых культурах и их сортах, а также архивная и текущая метеорологическая информация, необходимая для выработки технологических решений. Данные, по каждому полю, формируются в системе географических координат, позволяющих осуществлять «привязку» ГСП-сигнала в процессе реализации технологии. Управление в рамках ТЗ осуществляется следующим образом: например, зерноуборочный комбайн, оборудованный ГСП - приемником, движется по полю, его положение определяется и фиксируется с точность до нескольких метров. Если комбайн оборудован также оптическим датчиком учета потоков зерна, то при объединении этих двух параметров (координат комбайна и количества зерна, поступающего в единицу времени) можно получить карту варьирования урожая. При этом отбор образцов почвы для химического анализа, а также анализ данных дистанционного зондирования проводят с точной привязкой местоположения образца к карте урожая с использованием базы данных ГИС.
Далее разрабатывается стратегия обработки поля на следующий год, при этом решаются вопросы о том, какие удобрения следует вносить и как должно изменятся их количество внутри участка. Генерация оптимальной стратегии обработки поля осуществляется с помощью специального программного обеспечения, интегрированного в среду ГИС и использующего базу данных этой системы. Стратегия обработки формируется в среде ГИС в виде тематической карты обработки.
Весной следующего года полученная карта загружается в ГИС бортового компьютера сельскохозяйственной машины, вносящей органические и минеральные удобрения. Прибыв на обрабатываемое поле, тракторист включает ГСП - приемник для определения своего местоположения, а компьютер отдает команду на внесение того удобрения, которое запланировано в необходимом количестве, как только трактор достигает требуемой точки на поле. Компьютерная система фиксирует движение трактора и может напомнить механизатору, какие участки поля остались необработанными.
Приемники глобальных позиционных систем, установленные в любом объекте (машине, агрегате) пеленгуют сигналы со спутников. Точность при этом может составлять от нескольких метров до сантиметров. Другое необходимое условие – наличие программного обеспечения, позволяющего обрабатывать и показывать пространственную информацию. Предполагается, что ГИС содержит всю информацию о содержании гумуса, фосфора, калия, кислотности, агрофизических характеристиках поля. Там, где по данным ГИС плодородие участка высокое, норма внесения удобрений автоматически уменьшается, и наоборот, там, где ожидается недобор урожая – доза удобрений увеличивается. Техника для внесения ядохимикатов оборудована автоматической системой контроля сорной растительности на поле, поэтому средства защиты вносят автоматически в местах появления сорняков.
Одной из важнейших предпосылок внедрения ТЗ является наличие подробных почвенных карт и банка данных по почвенному блоку. Измерение изменчивости в агроценозе и управление им основывается на картах урожайности, которые создаются путем фиксации текущих значений урожая.