vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2021-59-2-232-242vestiag-567Research ArticleМЕХАНІЗАЦЫЯ І ЭНЕРГЕТЫКАMECHANIZATION AND POWER ENGINEERINGРазработка навесной системы для управления пропашным культиватором в автоматическом режимеDevelopment of mounted system for controlling row crop cultivator in automatic modeАзаренкоВ. В.AzarenkoV. V.

Азаренко Владимир Витальевич, член-корреспондент, доктор технических наук, доцент, академик-секретарь

пр. Независимости, 66, 220072 Минск

Vladimir V. Azarenko, Corresponding Member, D. Sc. (Engineering), Assistant Pofessor

66 Nezavisimosti Ave., Minsk 220072

azarenko@presidium.basnet.byКомлачД. И.KomlachD. I.

Комлач Дмитрий Иванович, кандидат технических наук, генеральный директор

ул. Кнорина, 1, 220049 Минск

Dmitry I. Komlach, Ph. D. (Engineering)

1 Knorina Str., Minsk 220049

komlach.d@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5332-926XГолдыбанВ. В.GoldybanV. V.

Голдыбан Виктор Владимирович, кандидат технических наук, заведующий лабораторией механизации производства овощей и корнеклубнеплодов

ул. Кнорина, 1, 220049 Минск

Victor V. Goldyban, Ph. D. (Engineering)

1 Knorina Str., Minsk 220049

labpotato@mail.ruБарановскийИ. А.BaranovskyI. A.

Барановский Иван Андреевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории механизации производства овощей и корнеклубнеплодов

ул. Кнорина, 1, 220049 Минск

Ivan A. Baranovsky, Ph. D. (Engineering)

1 Knorina Str., Minsk 220049

labpotato@mail.ruПрокоповичГ. А.ProkopovichG. A.

Прокопович Григорий Александрович, кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией робототехнических систем

ул. Сурганова, 6, 220012 Минск

Gregory A. Prokopovich, Ph. D. (Engineering), Assistant Pofessor

6 Surganova Str., Minsk 220012

prakapovich@newman.bas-net.byОтделение аграрных наук Национальной академии наук БеларусиDepartment of Agrarian Sciences of the National Academy of Sciences of BelarusНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйстваScientific and Practical Centre of the National Academy of Sciences of Belarus for Agriculture MechanizationОбъединенный институт проблем информатики Национальной академии наук БеларусиThe United Institute of Informatics Problems of the National Academy of Sciences of Belarus202110052021592232242Copyright © Азаренко В.В., Комлач Д.И., Голдыбан В.В., Барановский И.А., Прокопович Г.А., 20212021Азаренко В.В., Комлач Д.И., Голдыбан В.В., Барановский И.А., Прокопович Г.А.Azarenko V.V., Komlach D.I., Goldyban V.V., Baranovsky I.A., Prokopovich G.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/567

Автоматизация удаления сорняков представляется очень перспективной технологией исходя из огромных усовершенствований в сфере компьютерной обработки, машинного зрения и робототехники. Системы машинного зрения базируются на разнице в цвете между культурными растениями в рядке и почвы. В статье приводится описание навесной системы для ориентации пропашного культиватора по рядкам и его смещение относительно трактора с помощью систем технического зрения и автоматического управления. Разработанная система технического зрения способна на основе использования технологии искусственных нейронных сетей глубокого обучения чётко определять листья сахарной свеклы, а специально разработанный алгоритм выявления центра междурядья направлять подвижную часть культиватора в требуемую сторону для нивелирования неточности хода трактора. Применение управляемого навесного устройства с трактором и орудием на основе систем технического зрения точность выполнения технологических операций по уходу за пропашными культурами, повысит технический уровень машинотракторного агрегата, снизит трудозатраты. Использование систем технического зрения и автоматического управления культиватором позволит повысить качество междурядных обработок пропашных культур и уменьшит пестицидную нагрузку на окружающую среду. Результаты настоящих исследований могут быть использованы при создании машин для возделывания сельскохозяйственных культур с автоматизированной системой управления.

Weed control automation appears to be a very promising technology based on the tremendous advances in computer processing, machine vision and robotics. Machine vision systems are based on size differences between crops and weeds and or on the regular structure of crop rows, allowing the system to recognize crop plants and control surrounding weeds. The paper provides description of the mounted system for orienting the row cultivator in rows and its displacement relative to the tractor using vision systems and automatic control. The developed technical vision system is capable of clearly identifying sugar beet leaves based on the deep learning artificial neural networks technology, and a specially developed algorithm for identifying the center of the row spacing to control the moving part of the cultivator in the required direction to level the inaccuracy of the tractor. The use of controlled mounted device with a tractor and an implement based on vision systems, the accuracy of technological operations for the row crops care, will increase the technical level of the machine and tractor unit, and reduce labor costs. Technical vision systems and automatic control of the cultivator will improve the quality of inter-row cultivation of row crops and reduce the pesticide load on the environment. The results of these studies can be used to create machines for cultivation of agricultural crops with an automated control system.

междурядная обработкамашинное зрениеточное вождениесистема распознаваниясистема управленияпланирование траекториизащитная зонасахарная свеклапропашной культиватортракторпропашные культурынавигационная системаавтоматизированная система управлениясорнякиinter-row cultivationmachine visionprecision drivingrecognition systemcontrol systemtrajectory planningprotection zonesugar beetrow cultivatortractorrow cropsnavigation systemautomated control systemweedsРабота выполнена в рамках ГПНИ «Качество и эффективность агропромышленного производства» на 2016–2020 годы, подпрограмма «Механизация и автоматизация процессов в АПК»The research was carried out within the framework of the State Scientific Research Program “Quality and Efficiency of Agroindustrial Production” for 2016-2020, subprogram “Mechanization and Automation of Processes in the Agroindustrial Complex”ReferencesНаучные системы ведения сельского хозяйства Республики Беларусь / В.Г. Гусаков [и др.] ; редкол.: В.Г. Гусаков (гл. ред.) [и др.] ; Нац. акад. наук Беларуси, М-во сел. хоз-ва и продовольствия Респ. Беларусь. – Минск : Беларус. навука, 2020. – 683 с.Gusakov V. G., Bel’skii V. I., Kazakevich P. P. (et al.). Scientific farming systems of the Republic of Belarus. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2020. 683 p. (in Russian).Proceedings 8th EWRS Workshop on Physical and Cultural Weed, Zaragoza, Spain, 9–11 March 2009 / Europ. Weed Research Soc. – Zaragoza : [s. n.], 2009. – 147 p.Proceedings 8th EWRS Workshop on Physical and Cultural Weed, Zaragoza, Spain, 9-11 March 2009. Zaragoza, 2009. 147 p.Barberi, P. Weed management in organic agriculture: are we addressing the right issues? / P. Barberi // Weed Research. – 2002. – Vol. 42, №3. – P. 177–193. https://doi.org/10.1046/j.1365-3180.2002.00277.xBarberi P. Weed management in organic agriculture: are we addressing the right issues? Weed Research, 2002, vol. 42, no. 3, pp. 177-193. https://doi.org/10.1046/j.1365-3180.2002.00277.xMechanical weed management / D.C. Cloutier [et al.] // Non-chemical weed management: principles, concepts and technology / ed.: M.K. Upadhyaya, R.E. Blackshaw. – Wallingford, 2007. – P. 111–134. https://doi.org/10.1079/9781845932909.0000Cloutier D. C., Van der Weide R. Y., Peruzzi A., Leblanc M.L. Mechanical weed management. Non-chemical weed management: principles, concepts and technology. Wallingford, 2007, pp. 111-134. https://doi.org/10.1079/9781845932909.0000Паламарчук, В.И. Обработка междурядий с различными защитными зонами / В.И. Паламарчук // Сахар. свекла. – 1986. – №. 4. – С. 28–31.Palamarchuk V.I. Intertillage of row spacings with different protective zones. Sakharnaya svekla [Sugar Beet], 1986, no. 4, pp. 28-31 (in Russian).Ахмеров, Х.Х. Автоматизированная машина для прореживания всходов сахарной свеклы / Х.Х. Ахмеров // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. – 1984. – №7. – С. 19–26.Akhmerov Kh. Kh. An automated machine for thinning sugar beet seedlings. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel’skogo khozyaistva [Mechanization and Electrification of Agriculture], 1984, no. 7, pp. 19-26 (in Russian).Семичев, С.В. Анализ устройств управления траекторией движения сельскохозяйственных машин / С.В. Семичев // Инновации в сел. хоз-ве. – 2017. – №4 (25). – С. 217–221.Semichev S.V. Analysis of trajectory control devices for agricultural machines. Innovatsii v sel’skom khozyaistve [Innovations in Agriculture], 2017, no. 4 (25), pp. 217-221 (in Russian).Экологически безопасные технологии механического уничтожения сорняков в защитной зоне пропашных культур / В.П. Луценко [и др.] // Вестн. РАСХН. – 2006. – №5. – С. 70–71.Lutsenko V. P., Tokarev N. A., Sokolova I. M., Nikitina T.V. Environmentally friendly technologies of mechanical weed control in the protective zone of row crops. Vestnik Rossiiskoi akademii sel’skokhozyaistvennykh nauk [Bulletin of the Russian Academy of Agricultural Sciences], 2006, no. 5, pp. 70-71 (in Russian).Алдошин, Н.В. Исследование технологических процессов в растениеводстве при помощи методов матричного исчисления / Н.В. Алдошин // Вестн. Моск. гос. агроинженер. ун-та. – 2007. – №1. – С. 64–66.Aldoshin N.V. Research of technological processes in plant growing using the methods of matrix calculus. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo agroinzhenernogo universiteta [Bulletin of the Moscow State Agroengineering University], 2007, no. 1, pp. 64-66 (in Russian).Innovative strategies and machines for physical weed control in organic and integrated vegetable crops / M. Fontanelli [et al.] // Chem. Engineering Trans. – 2015. – Vol. 44. – P. 211–216. https://doi.org/10.3303/CET1544036Fontanelli M., Frasconi C., Raffaelli M., Peruzzi A., Martelloni L., Pirchio M. Innovative strategies and machines for physical weed control in organic and integrated vegetable crops. Chemical Engineering Transactions, 2015, vol. 44, pp. 211- 216. https://doi.org/10.3303/CET1544036Судаченко, В.Н. О совершенствовании устройства для отслеживания защитной зоны культурных растений при междурядной обработке / В.Н. Судаченко, В.В. Козлов // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России : сб. науч. тр. / Сев.- Зап. НИИ механизации и электрификации сел. хоз-ва. – СПб., 2002. – Вып. 73. – С. 71–76.Sudachenko V. N., Kozlov V.V. On improving the device for tracking the protective zone of cultivated plants during inter-row cultivation. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva v Severo-Zapadnoi zone Rossii: sbornik nauchnykh trudov [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products in the North-West zone of Russia: collection of scientific papers]. St. Petersburg, 2002, iss. 73, pp. 71-76 (in Russian).Kunz, C. Benefits of precision farming technologies for mechanical weed control in soybean and sugar beet – comparison of precision hoeing with conventional mechanical weed control / C. Kunz, J.F. Weber, R. Gerhards // Agronomy. – 2015. – Vol. 5, N2. – P. 130–142. https://doi.org/10.3390/agronomy 5020130Kunz C., Weber J. F., Gerhards R. Benefits of precision farming technologies for mechanical weed control in soybean and sugar beet - comparison of precision hoeing with conventional mechanical weed control. Agronomy, 2015, vol. 5, no. 2, pp. 130-142. https://doi.org/10.3390/agronomy 5020130Camera steered mechanical weed control in sugar beet, maize and soybean / C. Kunz [et al.] // Precision Agriculture. – 2018. – Vol. 19, N4. – P. 708–720. https://doi.org/10.1007/s11119-017-9551-4Kunz C., Weber J. F., Peteinatos G. G., Sökefeld M., Gerhards R. Camera steered mechanical weed control in sugar beet, maize and soybean. Precision Agriculture, 2018, vol. 19, no. 4, pp. 708-720. https://doi.org/10.1007/s11119-017-9551-4Automatic GPS-based intra-row weed knife control system for transplanted row crops / M. Pérez-Ruiz [et al.] // Computers a. Electronics in Agriculture. – 2012. – Vol. 80. – P. 41–49. https://doi.org/10.1016/j.compag.2011.10.006Pérez-Ruiz M., Slaughter D. C., Gliever C. J., Upadhyaya S.K. Automatic GPS-based intra-row weed knife control system for transplanted row crops. Computers and Electronics in Agriculture, 2012, vol. 80, pp. 41-49. https://doi.org/10.1016/j.compag.2011.10.006What is the best multi-stage architecture for object recognition? / K. Jarrett [et al.] // 2009 IEEE 12th International Conference on Computer Vision (ICCV) : proceedings, 29 Sept. – 2 Oct. 2009, Kyoto, Japan / Inst. of Electrical a. Electronics Engineers. – Kyoto, 2009. – P. 2146–2153. https://doi.org/10.1109/iccv.2009.5459469Jarrett K., Kavukcuoglu K., Ranzato M., LeCun Y. What is the best multi-stage architecture for object recognition? 2009 IEEE 12th International Conference on Computer Vision (ICCV): proceedings, 29 September - 2 October 2009, Kyoto, Japan. Kyoto, 2009, pp. 2146-2153. https://doi.org/10.1109/iccv.2009.5459469Technology for automation of weed control in specialty crops / S.A. Fennimore [et al.] // Weed Technology. – 2016. – Vol. 30, N4. – P. 823–837. https://doi.org/10.1614/WT-D-16-00070.1Fennimore S. A., Slaughter D. C., Siemens M. C., Leon R. G., Saber M. Technology for automation of weed control in specialty crops. Weed Technology, 2016, vol. 30, no. 4, pp. 823-837. https://doi.org/10.1614/WT-D-16-00070.1Autonomous robots for weed control / A. Ruckelshausen [et al.] // J. of Plant Diseases a. Protection. – 2006. – Spec. iss. 20. – P. 173–180.Ruckelshausen A., Klose R., Linz A., Marquering J., Thiel S., Tolke S. Autonomous robots for weed control. Journal of Plant Diseases and Protection, 2006, spec. iss. 20, pp. 173-180.Співвідношення регулювання та саморегулювання процесів при роботі ґрунтообробного знаряддя / В.І. Ветохін [тa ін.] // Тези наукових доповідей ХІХ Міжнародної наукової конференції «Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій», присвяченої 85-річчю від дня народження академіка Л.В. Погорілого та 150-річчю від дня народження професора К.Г. Шиндлера / Укр. НДІ прогнозування техніки і технологій для с.-г. вир-ва. – Дослідницьке, 2019. – С. 15–16.Vetokhіn V. І., Bіlovod O. І., Prіlєpo N. V., Altibaev A.N. The ratio of regulation and self-regulation of processes in the work of tillage implements. Tezi naukovikh dopovіdei KhІKh Mіzhnarodnoї naukovoї konferentsії «Naukovo-tekhnіchnі zasadi rozrobki, viprobuvannya ta prognozuvannya sіl’s’kogospodars’koї tekhnіki і tekhnologіi», prisvyachenoї 85-rіchchyu vіd dnya narodzhennya akademіka L.V. Pogorіlogo ta 150-rіchchyu vіd dnya narodzhennya profesora K.G. Shindlera [Abstracts of scientific reports of the XIX International scientific conference «Scientific and technical principles of development, testing and forecasting of agricultural machinery and technologies», dedicated to the 85th anniversary of the birth of academician L.V. Pogorily and the 150th anniversary of the birth of professor K.G. Shindler]. Doslіdnits’ke, 2019, pp. 15-16 (in Ukrainian).Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб. : Профессия, 2003. – 752 с.Besekerskii V. A., Popov E.P. Theory of automatic control systems. 4th ed. St. Petersburg, Professiya Publ., 2003. 752 p. (in Russian).Прокопович, Г.А. Разработка системы технического зрения для сервисного мобильного робота / Г.А. Прокопович // Третий Всероссийский научно-практический семинар «Беспилотные транспортные средства с элементами искусственного интеллекта», 22–23 сентября 2015 г., Иннополис, Республика Татарстан, Россия : тр. семинара / Рос. ассоц. искусств. интеллекта. – Иннополис, 2016. – С. 127–136.Prokopovich G.A. Development of a vision system for a service mobile robot. Tretii Vserossiiskii nauchno-prakticheskii seminar «Bespilotnye transportnye sredstva s elementami iskusstvennogo intellekta», 22-23 sentyabrya 2015 g., Innopolis, Respublika Tatarstan, Rossiya [The third All-Russian scientific and practical seminar «Unmanned vehicles with artificial intelligence elements», September 22-23, 2015, Innopolis, the Republic of Tatarstan, Russia]. Innopolis, 2016, pp.127- 136 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.