Tvorba výnosových map je jedním ze základních prvků rychle se rozvíjejícího moderního systému hospodaření na zemědělské půdě známého pod názvem precizní zemědělství. Pro tento systém hospodaření existuje dnes již několik definic. Poměrně výstižnou definicí se zdá být ta, která říká, že precizní zemědělství je aplikace moderních informačních technologií v zemědělské rostlinné výrobě.
Není náhoda, že precizní zemědělství se začalo bouřlivě rozvíjet především s rozvojem a komerčním využitím technologií GPS a DGPS. Tyto technologie umožňují v současné době zaměření každého místa zemského povrchu v zeměpisných souřadnicích s přesností na několik málo metrů. Taková přesnost je dostačující pro určování polohy s možností využití v zemědělství. Je přitom jedno, zda objekt, jehož souřadnice pomocí GPS nebo DGPS určujeme, je stacionární nebo se pohybuje.
Mapování výnosů zrnin
S využitím známosti uvedených skutečností byl již pouze krůček k pokusu mapování výnosů. Podobná myšlenka se objevila nejprve v USA. První pokusy s mapováním výnosů se uskutečnily u sklízecích mlátiček. Bylo k tomu několik důvodů. Nejvýznamnější z nich je asi ten, že obiloviny (včetně kukuřice na zrno) jsou stále komerčně zajímavá plodina a pěstuje se jich ve srovnání s ostatními plodinami stále největší rozloha.
Aby bylo možno sestavit výnosové mapy, je nutno signály o poloze stroje doplnit signály o množství sklízené hmoty, která prochází v daný okamžik strojem. Získat signály o poloze stroje je v současné době technicky vyřešený problém a pro účely mapování výnosů není třeba se jím dále zabývat. Zbývá proto zajistit s dostatečnou přesností zjišťování okamžitého průchodu hmoty strojem.
U sklízecích mlátiček se určuje okamžité množství vyčištěného zrna při jeho dopravě do zásobníku. Aby bylo možno jeho množství určit, je třeba použít vhodných čidel. Pro mapování výnosů u sklízecích mlátiček bylo vyvinuto několik principů měření okamžitého výnosu. Čidla umožňující mapování okamžitého výnosu obilovin pracují na dvou základních principech.
První skupina čidel měří objem, jedná se tedy o čidla objemová. Do této skupiny patří např. čidla mechanická, která pracují tak, že v odměrném zařízení (turniketu) odměřují množství materiálu dopravovaného do zásobníku. Vzhledem k malé přesností určování průtoku se dnes již nepoužívají. Stále používaná jsou však čidla optická (firma Claas), která měří výšku vrstvy zrna na lopatce dopravníku zrna. Druhá skupina čidel měří hmotnostní tok zrna. Sem patří především čidla nárazová (Case, John Deere), čidla paprsková (Massey Ferguson) a další, málo rozšířené principy (např. čidlo vážící řetězový dopravník zrna).
Protože na množství sklízeného zrna má během sklizně velký vliv jeho vlhkost, jsou tyto systémy vybavovány také vlhkostními čidly a pro další zpřesnění jejich funkce čidly náklonovými (Claas), čidly polohy šikmého dopravníku atd. Všechny údaje (jak od čidel, tak od přijímače signálů GPS/DGPS) jsou následně zpracovávány palubním počítačem stroje a nahrávány na paměťové médium. V současné době se zdá, že mapování výnosů obilovin u sklízecích mlátiček je nejlépe technicky propracovaným prvkem v systému precizního zemědělství. Svědčí o tom jeho dnes zvláště v USA již poměrně běžné komerční využití.
Mapování výnosů pícnin
V některých případech však může být užitečné znát také výnosovou mapu při sklizni pícnin. Výnosová mapa pícnin může mít lepší vypovídací schopnost o výnosovém potenciálu jednotlivých míst pozemku, protože se z hlediska výnosu hodnotí celá nadzemní část rostliny, nikoliv pouze zrno. Možnosti zjišťování okamžitého výnosu při sklizni pícnin nejsou v současné době zdaleka tak propracovány jako v případě obilovin. Ukazuje se nicméně, že i v tomto případě je možné při použití vhodných technických prostředků dojít k objektivním výsledkům.
Sklízecí řezačky
Z hlediska strojů používaných při sklizni lze pícniny rozdělit do dvou velkých skupin. První skupinou jsou pícniny sklízené sklízecí řezačkou. Zde se jedná především o kukuřici na siláž, dále sklizeň pícnin na senáž nebo siláž a také metodu sklizně celých rostlin (např. obilovin ve voskově žluté zralosti). Pro mapování výnosů u sklízecích řezaček je v současné době známo také několik systémů. Pracují na základě použití tenzometrů, kterými se měří buď pohyb nárazové desky (podobně jako u nárazových čidel sklízecí mlátičky) nebo točivý moment na hřídeli metače stroje. Další možností je průběžně sledovat mezeru mezi vkládacími válci řezačky, nebo měřit výnos pomocí nukleonového měřícího senzoru v dopravní koncovce sklízecí řezačky.
Zařízení, používající nárazové desky, pracuje na následujícím principu. Na horní straně dopravní koncovky řezačky je umístěna usměrňovací deska, nárazová deska a radarové čidlo k určování rychlosti procházejícího materiálu. Usměrňovací deska směruje tok materiálu na nárazovou desku tak, aby na ni dopadal pod předem určeným úhlem. Síly, kterými působí materiál na nárazovou desku, jsou dvojího typu - odstředivé a třecí. Jejich velikost závisí na rychlosti materiálu v dopravní koncovce. Protože rychlost materiálu ve sklízecí řezačce závisí na různých parametrech, jako je nastavení stroje, vlastnosti sklízeného porostu a průchodnost, je pro korekci rychlosti materiálu použito radarové čidlo. Jako výhodnější se jeví použití radarového čidla umístěného na horní části dopravní koncovky. Z elektrického signálu tenzometru je možno podobně jako u sklízecích mlátiček určit okamžitý výnos sklízené plodiny.
Tento systém měření není citlivý ani na druh sklízeného porostu, ani na jeho vlhkost. Při malých průchodnostech je však celý systém méně přesný. Nicméně při normálním nasazení je možno dosáhnout přesnosti do 5 %, což je srovnatelné s přesností měření výnosu zrna. Celý systém je vhodný pro návěsné sklízecí řezačky, které nepoužívají metače. Je však použitelný i pro stroje s metačem.
Další způsob měření okamžitého výnosu pícnin je možno použít pouze u samojízdných sklízecích řezaček, které jsou vybaveny metačem, protože se ukazuje, že jeho okamžitý příkon závisí mj. také na průchodu hmoty a tedy na výnosu. Příkon metače je možné měřit torzním dynamometrem, kterým se pomocí tenzometrického můstku měří točivý moment metače a další čidlo měří otáčky metače. Zároveň se radarovým čidlem zjišťuje okamžitá pojezdová rychlost stroje. Zařízení je také vybaveno nárazovým čidlem indikujícím vstup sklízeného materiálu do stroje a čidlem směru pohybu vpřed/vzad. Na základě změny příkonu metače je poté možno usuzovat na změnu výnosu porostu. Tento systém se ukazuje jako vhodnější pro laboratorní měření. Při praktickém použití se naráží na určité problémy zvláště při plném vytížení stroje. Na příkon metače má také vliv vlhkost sklízeného materiálu.
Na jednoduché myšlence je postaven systém měření okamžitého výnosu prostřednictvím měření vzájemné vzdálenosti vkládacích válců sklízecí řezačky. Jestliže v daný časový okamžik prochází více hmoty, musí se vzdálenost válců od sebe zvětšit a naopak. Vzdálenost obou válců je elektronicky měřena a na základě jejích změn je vypočítán okamžitý výnos. Přesnost celého systému však závisí na stupni zralosti sklízené plodiny, její okamžité vlhkosti a druhu. Celý systém proto musí být kalibrován pro různé plodiny. Navíc vliv zralosti porostu se může projevit i v rámci jednoho pozemku a může způsobit chyby měření.
Použití nukleonového čidla umístěného v dopravní koncovce samojízdné sklízecí řezačky vyžaduje také použití radarového čidla rychlosti materiálu. Z těchto pokusů jsou však známé zatím pouze výsledky při sklizni kukuřice na siláž.
Žací stroje
Druhou velkou skupinu pícnin tvoří pícniny, které jsou sklízeny žacími stroji. Jedná se např. o sklizeň na seno nebo senáž, dnes už výjimečně i na zelené krmení. U žacích strojů jsou zatím zkoušeny pouze dva principy měření okamžitého výnosu. Jeden je založen na měření úhlu vychýlení kyvadla, který se mění se změnou hustoty porostu, druhý využívá měření okamžitého příkonu čechrače.
Pohyblivé čidlo na principu kyvadla pracuje tak, že při horizontálním pohybu kyvadlově zavěšeného válcovitého tělesa porostem se vlivem kontaktu s porostem mění v závislosti na parametrech výšky zavěšení, délky kyvadla, hmotnosti kyvadla, soudržnosti porostu, tuhosti porostu a počtu stébel úhel vychýlení kyvadla. Zjednodušením závislosti (vyloučením vlivů, které se během měření nemění) lze zjistit, že výstupní hodnota biomasy (např. v kg.ha-1) je funkcí úhlu vychýlení a závisí na parametrech soudržnosti porostu, tuhosti porostu a počtu stébel. Tyto hodnoty se dají převést do výnosové mapy.
Zařízení na měření příkonu čechrače, ze kterého lze usuzovat na okamžitý výnos, bylo vyvinuto na Technické fakultě ČZU v Praze a v současné době je zkoušeno. Princip je obdobný jako při měření příkonu metače samojízdné sklízecí řezačky.
Čechračem nebo mačkačem jsou žací stroje dnes již téměř standardně vybavovány. Měřit příkon celého rotačního žacího stroje by bylo problematické, protože se podstatně mění s otupením nožů, ke kterému při práci stroje poměrně rychle dochází. Základem celého měřícího zařízení je torzní dynamometr. Ten měří točivý moment a otáčky čechrače. Z těchto údajů lze následně vypočítat jeho příkon. Funkce celého zařízení je založena na úvaze, že čím více hmoty projde v daném časovém okamžiku žacím strojem, tím větší musí být příkon čechrače.
Jako stroj na kterém probíhalo měření byl zvolen bubnový rotační žací stroj ŽTR 216 H, který je vybaven prstovým čechračem (obr. 1). Jedná se o běžný sériový výrobek našeho výrobce Agrostroje Pelhřimov, který stroj k těmto účelům ochotně zapůjčil. Záběr stroje je 2,15 m. Stroj je vybaven dvěma bubny , které se otáčejí otáčkami 1529 min-1. Na každém bubnu jsou čtyři nože. Otáčky čechrače jsou podle údajů výrobce 828 min-1. Požadovaný výkon motoru traktoru je 40 až 55 kW.
Pro potřeby měření byl stroj vybaven torzním dynamometrem (obr. 2), který byl vložen mezi kloubový hřídel pohonu čechrače a vlastní hřídel čechrače. Pro zjišťování okamžité polohy stroje byl stroj vybaven anténou a přijímačem pro příjem DGPS signálu. Data přicházející z dynamometru a DGPS přijímače byla zpracovávána v elektronické měřící jednotce, vyvinuté rovněž na Technické fakultě ČZU v Praze. Každých pět sekund tak byla snímána poloha stroje a zároveň otáčky a průměrné napětí můstku dynamometru za tuto dobu. Všechny uvedené údaje tvoří datovou větu, kterou lze s použitím vhodného software uložit do PC souboru. V našem případě byla všechna data během práce nahrávána do notebooku, napojeného na měřící aparaturu. Z takto získaných dat bylo později možné určit polohu stroje a vypočítat příkon čechrače rotačního žacího stroje.
Aby bylo možno zjistit závislost příkonu čechrače rotačního žacího stroje na jeho průchodnosti, bylo nutno posečený řádek píce zvážit. Při měření muselo být zajištěno, aby odpovídající vážený úsek řádku souhlasil s úsekem posečeným strojem mezi dvěma následujícími příjmy signálu polohy. Toho se dosáhlo tak, že každý příjem signálu polohy byl při práci soupravy na povrchu pozemku označen štítkem. Úseky mezi těmito značkami byly následně ručně zváženy.
Z hodnot zaznamenaných do osobního počítače (notebooku) byly vypočteny všechny potřebné údaje, především okamžitý příkon dynamometru. Další soubor dat pocházel z ručního vážení úseků řádků. Díky organizaci měření bylo možné jednotlivé hodnoty příkonu a hmotnosti posečené píce v daném úseku řádku mezi sebou porovnat. Tak lze zjistit závislost příkonu čechrače na jeho průchodnosti.
Podobný graf jako na (obr. 3) bylo možno udělat pro každé z dvanácti uskutečněných měření. Jak je z grafu patrné, je na základě průběhu obou křivek možno konstatovat, že velice pravděpodobně existuje závislost mezi příkonem čechrače a průchodností materiálu žacím strojem.
Protože jednotlivá měření byla organizována tak, že na sebe navazovala a po jejich uskutečnění byl sklizen celý pozemek o ploše přibližně 1 ha, lze za použití vhodného software také vytvořit příslušné mapy. Příklad získané mapy příkonu čechrače rotačního žacího stroje je na (obr. 4).
Zdá se, že na základě všech dnes již známých skutečností je možno konstatovat, že ani určování okamžitého výnosu pícnin jak při práci sklízecích řezaček, tak při práci rotačních žacích strojů není neřešitelným technickým problémem. V současné době jsou podobné systémy ve stádiu ověřování. Nicméně lze předpokládat, že tvorba výnosových map bude i při sklizni pícnin v budoucnosti běžnou záležitostí.
František Kumhála
