Наверняка каждый читатель Хабра хотя бы раз в жизни мечтал прикоснуться к миру кино, стать его частью. В этом посте я расскажу о том, как консультантам из отдела информационной безопасности удалось сделать это.

Из текста вы узнаете:

• зачем досматривать до конца титры в конце фильма;
• сколько аудиторских опросников нужно заполнить, чтобы быть уверенным, что кино под защитой;
• почему аудит безопасности медиаконтента лучше не проходить в мешковатом худи.

Источник

В сфере консалтинга информационной безопасности типовые работы давно определены. Это защита персональных данных и коммерческой тайны, аттестация государственных информационных систем, защита информации в финансовых организациях, обеспечение безопасности критической информационной инфраструктуры, формирование стратегии развития ИБ и т. д. Тем интереснее было получить задачу нетривиальную для отечественного рынка информационной безопасности.

Первоначально, запрос, поступивший в ЛАНИТ-Интеграцию от одной российской компании, содержал минимум информации и звучал следующим образом: Добрый день! Подскажите пожалуйста, можете ли вы нам помочь: необходимо пройти аудит на соответствие нашей организации требованиям безопасности информации MPAA.

Появилась необходимость всестороннего изучения данного вопроса. В первую очередь нужно было понять, что такое MPAA.


Этот логотип знаком терпеливым и упорным зрителям, то есть тем, кто досматривает до конца не только фильмы, но и титры. Источник

Первая же ссылка в поисковой системе Google Яндекс выдала нам такой ответ: Американская ассоциация кинокомпаний(MPAA,англ.Motion Picture Association of America, первоначально Motion Picture Producers and Distributors of America(MPPDA) американскаянекоммерческая организация, основанная в 1922 году и объединяющая крупнейших кинопроизводителей, призванная отстаивать их бизнес-интересы.

Важность данной ассоциации сложно переоценить, особенно учитывая состав участников. Членами Американской киноассоциации являются семь крупнейших голливудских студий: The Walt Disney Company, Sony Pictures, Paramount Pictures, 20^th Century Fox, Universal Studios, Warner Bros, Netflix.

Из этого можно сделать простой вывод, кто является генеральным заказчиком у нашего клиента.


Такой поворот событий вызвал наш неподдельный интерес к тому, какие требования могут выдвигать ключевые игроки мировой киноиндустрии. По мере изучения этого вопроса оказалось, что круг действующих лиц в проекте становится заметно больше.


Кроме Американской ассоциации кинокомпаний, требования формируются профильной Международной ассоциацией защиты контента, а сама проверка реализации требований осуществляется сетью доверенных партнеров (Trusted Partner Network TPN), созданной совместно двумя ассоциациями. Возникает логичный вопрос, почему для обеспечения безопасности медиаконтента были задействованы такие силы.

Кого и чего боятся киностудии

Безусловно, всем нам известны различные файлообменные p2p-сети, на которых, например, можно скачивать или просматривать фильмы в обход требований правообладателей. Но как они там появляются? Зачастую, на таких ресурсах первыми публикуются пиратские видеозаписи из кинотеатров, откуда стартует коммерческая окупаемость фильма. Но еще большую опасность для производителей медиа-контента представляет утечка материала до официального проката. При таком развитии событий компании получают серьезный финансовый и репутационный ущерб, так как непритязательная аудитория в своем большинстве предпочитает не платить за продукт, а получать его бесплатно, пусть даже и в более низком качестве.

Выявив основные причины формирования стандарта MPAA, получаем:


Не каждый день офисным работникам удастся приобщиться к сфере кино, да еще и в рамках выполнения своей работы.

Итак, каков же полный список заинтересованных в обеспечении безопасности медиаконтента компаний? Немного изучив рынок, получаем следующее.


Определились. Теперь к работе. Что из себя представляет стандарт, который так необходим нашим заказчикам? Изучив структуру, стало понятно, что стандарт MPAA структурирован достаточно привычно, все необходимые к реализации меры разбиты на три группы: менеджмент информационной безопасности, меры по физической безопасности и технические меры.

Обзор стандарта

Детально разобрав стандарт, для наибольшего удобства мы создали чек-лист реализации мер безопасности. Так как стандарт англоязычный, и, к сожалению, не все могут свободно читать и переводить довольно-таки непросто написанную техническую литературу, мы его заодно перевели для наших коллег и для заказчика. Посмотреть, что у нас вышло, можно здесь таблички такого размера, мягко говоря, не очень удобно вставлять как иллюстрации в пост (берегите глаза).

Как мы работаем:

• Делай раз. Обследуем с чем же придется работать.
• Делай два. Проектируем систему ИБ и разрабатываем физические и организационные мероприятия.
• Делай три. Закупай, внедряй, тренируй.
• Делай четыре. Проходи аудит и помогай держать все в актуальном состоянии.

Заказчик прислал нам опросник от аудиторов, который состоял из 36 доменов и более чем 500 вопросов, которые дали бы аудиторам ясность о текущем статусе выполнения требований стандарта. Стало понятно, что подход у аудиторов довольно серьезный. Но в то же время есть, от чего отталкиваться.

Заполняя опросные листы, нам стало понятно, что фактически компания заботилась об информационной безопасности в объеме, недостаточном для выполнения требований стандарта. В первую очередь, необходимо было определить сам контент, который так необходимо обезопасить, а это самое интересное. Проведя информационное обследование с заказчиком, мы выяснили, что медиа-контентом для компании являются результаты отрисовки (по факту кадры из фильма), 3D-модели, а также во время дубляжа появляются скрипты переводов, фразы, реплики, из которых можно составить целый сюжет.

Приступаем к работе

Обследуем бизнес-процессы, получаем схему и описание бизнес-процессов. Обследуем информационные системы, сервисы и инфраструктуру, получаем инфраструктурную схему. Обследуем реализованные меры, получаем понимание степени реализации требований. По результатам формируем рекомендации. Рекомендации есть, поехали их исполнять.

Далее готовим технический проект. Собираем спецификацию и описание системы информационной безопасности в удобной форме. Идем по перечню требований/рекомендаций, напротив каждого требования пишем пояснения.

1. Организационные меры реализуются не только утверждением в компании политики/приказа/регламента, но и выполнением сотрудниками всех процедур, описанных в этих самых политиках, приказах и регламентах.
2. Технические меры реализуются как наложенными средствами защиты информации, так и встроенными механизмами безопасности. К счастью, нет требований к сертификации средств защиты ФСТЭК. Понятное дело, что все процессы, связанные с реализацией технических мер, должны быть также описаны в организационно-распорядительной документации.
3. Физические меры безопасности реализуются как технически (контроль доступа, видеонаблюдение, пожарная безопасность и т. д.), так и организационно (регламент проноса/выноса накопителей, регламент посещения рабочего места, регламент проверки физических систем безопасности и т. д.).

Расскажем о самых необычных требованиях стандарта. В ходе реализации мер защиты стандарта пришлось столкнуться с некоторыми забавными, а иногда и чуть завышенными требованиями, например:

• предотвратить использование джейлбрейка, рутинга и прочего на рабочих мобильных устройствах (вряд ли кто об этом задумывался ранее в компаниях, работающих с медиаконтентом);
• использовать псевдонимы (AKA) для клиентов в процессе обработки медиаконтента (очевидно для того, чтобы сотрудники не могли точно знать, что это за заказчик);
• помечать каждого посетителя идентификационным значком или наклейкой, которая всегда должна быть видна (знаем всех посетителей меньше переживаем за наш контент);
• приносить еду только в прозрачных контейнерах и пакетах (для того, чтобы не допустить нелегитимный пронос/вынос устройств для сбора информации);
• реализовать политику дресс-кода таким образом, чтобы исключить мешковатые штаны и толстовки с капюшоном (также для того, чтобы не допустить пронос/вынос конфиденциальной информации).

Срок действия документации

Многие заказчики, к сожалению, считают, что разрабатываемая документация действует только при прохождении аудита, а дальше будь что будет. Самым простым (выгодным, if you know what i mean) решением было взять всё в свои руки и помочь клиенту держать все в актуальном состоянии.


Аудит был похож на экспертизы, которые мы привыкли видеть в России (чаще всего это ISO 27001), но, на всякий случай, по порядку.

Сначала оформляется заявка в TPN на аудит. Далее присылаются опросники, о которых мы говорили ранее. После того, как их заполнили и отправили (само собой предварительно реализовав все требования), TPN определяет аудитора (нам достался Алекс из Лондона). Первое, что он сделал, это запросил перечень разработанной документации на английском (однако стандарт не требует разработку документов на английском языке). Как оказалось, план был такой: специалист по составу и названиям поймет, насколько это соответствует лучшим практикам, а уже при очной ставке расспросит, что в них написано. Так как проверка документов была основана, по сути, на нашем красноречии, Алекс сделал большой упор на техническую сторону вопроса: были проверены все настройки сетевого оборудования, продемонстрирован ход работы каждого бизнес-процесса, проверен харденинг выборочных машин из каждого сегмента сети, была даже проверена история браузеров на ПК, у которых нет доступа в интернет. Также много внимания было уделено вопросу видеонаблюдения, пропускного режима и пр.

На обеде аудитор расслабился и рассказал, что аудитор не основная его профессия, он руководит такой же компанией, работающей с медиа-контентом. Аудит это хобби и некоторый дополнительный доход (конечно же Алекс прошел все требуемые экзамены для получения данного статуса).

В отличие от того же ISO 27001, где наличие сертификата позволяет декларировать соответствие требованиям стандарта (ни в коем случае не полную защищенность), в MPAA/TPN результаты аудита фиксируются на портале TPN, и на нем же будет указано, каким именно образом реализовано то или иное требование, чтобы будущий контрагент мог лично определиться, достаточен ли набор мер для работы с ними или стоит призадуматься.

В целом, это была привычная работа подготовки к аудиту. Но мы получили массу удовольствия, разбираясь в такой, как оказалось, интересной индустрии производство и распространение медиаконтента. Теперь мы уверены, что у заказчика всё под контролем и никто (кроме человека в худи и с непрозрачным контейнером) не сможет увидеть киноновинку раньше времени.

Буду рад ответить на вопросы в комментариях.

Когда за три недели до окончания съемок Гладиатора умер Оливер Рид актер, игравший роль тренера гладиаторов Антония Проксимо, создателям фильма пришлось срочно переписывать сценарий так, чтобы Проксимо погиб по ходу действия, а недостающие сцены создавать с помощью дублера и компьютерных эффектов. Тогда, 21 год назад, 160 секунд киноленты с участием цифрового Рида обошлись в 3,2$ млн. А сейчас благодаря развитию технологий, по нашим оценкам, можно было сократить бюджет раз в тридцать, и за эти деньги не просто сделать цифрового двойника актера (digital double) для нескольких сцен, а создать его полную гиперреалистичную 3D-модель и дальше снимать с ней кино без ограничений во времени и пространстве. Наша команда как раз и работает над созданием таких аватаров. В этом посте я расскажу, зачем они нужны помимо кино и что любопытного мы узнали во время собственных экспериментов.

Двойники в кино

Вы наверняка не раз видели на экране двойников актёров и, скорее всего, даже не замечали подмены. Если раньше за схожесть отвечали гримёры, сейчас режиссеры всё чаще привлекают команды разработчиков из геймдев-индустрии.

Гладиатор, которого я привел в пример, стал одним из первых фильмов с цифровым двойником. Те его сцены, которые не успели снять с Оливером Ридом, собирали из частично отснятого материала, добавляя кадры, сделанные с помощью 3D-графики. Для 1999 года удалось добиться просто фантастического результата, и даже специалисты в CG чаще всего не замечают подмену.


Еще один известный пример воссоздания киногероя после смерти актёра фильм Возвращение Супермена (2006) Брайана Сингера. Сделать Марлона Брандо отцом сверхчеловека было делом принципа для режиссера, ведь в далеком 1978 году Брандо сыграл ту же роль в Супермене.

3D-модель лица актера создали по фотографиям, а ее анимацию мимику и движение глаз создавали на основе съемок актера, не попавших в финальную версию монтажа. В общем, очень трудоемкий процесс.


Еще десять лет назад многие сложные операции для создания фотореалистичной модели делались вручную. А современной киноиндустрии для этих же целей уже доступен огромный технологический стек, и не нужно изобретать велосипед.

Пожалуй, самый показательный пример прогресса в технологии это процесс создания кожи в 3D. Человеческая кожа пропускает свет, и луч, проходящий через нее, отражается и распределяется внутри. В компьютерной графике это называется Subsurface scattering распределение света под поверхностью. Современные рендер-движки, в которых реализован функционал Subsurface scattering-материалов, умеют физически корректно просчитывать этот эффект. А лет 10 лет назад его приходилось программировать или создавать фейк на постобработке.

Сейчас же процесс автоматизирован, и надо лишь вручную поменять цвет и фактуру кожи. Причем управление цветом можно осуществлять биологически корректным механизмом изменяя содержание меланина в материале кожи. Современные цифровые двойники получаются настолько реалистичными, что вы едва ли сможете понять, что в конкретном кадре видите Digital Human, а не любимого актера.

Хотите потренироваться? Посмотрите сериал СуперБобровы с участием звезды Собачьего сердца Владимира Толоконникова. К большому сожалению, актер, всем известный по роли Полиграфа Полиграфовича Шарикова, не смог завершить съемки из-за остановки сердца. Так что все недостающие сцены сыграл его аватар.

Серьезный прогресс в создании цифровых двойников связан еще и с развитием вычислительных мощностей. Если раньше для просчета секвенции с цифровым персонажем нужны были целые фермы из процессоров и оперативной памяти, то сейчас все считается на домашнем игровом компьютере медленно, но верно. Так что, думаю, Антония Проксимо можно было бы рендернуть примерно за месяц втроем. А если учитывать еще и создание трехмерной модели (самая трудоемкая и самая дорогая часть работ), общая длительность проекта составила бы 2-2,5 месяца, а бюджет можно было бы ограничить 100$ тыс.

Фабрика контента для бизнеса

Прогрессу в технологиях создания фотореалистичных моделей людей сопутствует скачок в развитии нейросетей, при помощи которых можно управлять 3D-моделями. В сумме это создаёт основу для более широкого применения Digital Human. Так, объединив 3D-модель с нейросетями или чат-ботом, можно организовать целую фабрику по производству видеоконтента: вы скармливаете ей текст, а ваш аватар зачитывает его с мимикой и эмоциями. Разработки такого сценария уже есть на рынке, правда, используют не 3D-модели, а съемки реальных людей.


Глядя на ведущих новостей федеральных каналов, многие думают, что примерно так они и работают. На самом деле, нет ведущие не только читают текст с мимикой и эмоциями, но и пишут его под себя. А в будущем конечно, писать текст для ТВ и видеоблогов смогут нейросети, а озвучивать аватары. И при организации репортажей тоже можно будет экономить отправлять на место только оператора, а на уже отснятый видеоматериал накладывать стендап аватара с текстом, написанным в редакции.

Нам в ЛАНИТ-Интеграции наиболее перспективными кажутся два направления использований технологий Digital Human.

Первое это замена лица человека на видео. Наверное, все уже видели клонов Илона Маска, которые подключались к Zoom-конференциям. Этот сценарий называется Deep Fake и, как ясно из названия, используется для разного рода фейков. Технологически то же самое направление ещё называют Face Swap, но этот сценарий уже не для черного пиара, а для коммерческих целей, не вызывающих этических споров. Например, можно отладить производство образовательного контента.

У банка с федеральной сетью филиалов есть много обучающего видео самого разного качества. Часть из них это просто записи Zoom-конференций. Собрать их в единый обучающий курс не позволяет низкое качество видео и обстановка в кадре, не соответствующая корпоративному стандарту. А при помощи цифровых аватаров и нейросетей можно все исправить поменять и фон, и внешность спикера.

Схожий сценарий создания видеопродукции интересен ТВ и блогерам. Недавно к нам обратился продюсер одного тематического канала и попросил оценить стоимость производства регулярных выпусков с участием цифрового аватара в роли ведущего. Конечно, Digital Human не снимет всех задач пока еще нет технологии, позволяющей аватару воспроизводить эмоции при обработке текста нейросетью для этого всё еще нужен живой человек, чью мимику и чьи движения будет использовать аватар. Кроме того, нужен специалист, который возьмет на себя написание сценариев, текстов для озвучки. Правда, становится совершенно не важно, как выглядят люди, занятые в производстве медиаконтента, какого они пола, какой у них тембр голоса и где они находятся. Для съемки потребуется костюм для захвата движения, шлем с видеокамерой, направленной на лицо (для захвата мимики), и сам аватар, который в режиме реального времени будет транслировать на экран все движения закадрового работника. По нашим расчетам, такая технология позволит в 10 раз сократить смету видеопроизводства.

Второе направление применения Digital Human это объединение цифрового аватара с чат-ботом и системой синтеза голоса, и оно может быть очень востребовано для коммуникаций с клиентами.

Сейчас во многих колл-центрах используются чат-боты. Но далеко не всем клиентам комфортно общаться с роботом. Возможно, коммуникация была бы более приятной, если бы клиент видел своего цифрового собеседника.

Прикрутив к цифровому аватару чат-бота, микрофон и систему распознавания и синтеза речи, можно создавать виртуальных хостесс, продавцов-консультантов, консультантов в госучреждениях (схожий кейс есть у Soul Machines виртуальный помощник Ella общается с посетителями штаб-квартиры полиции Новой Зеландии), сомелье в общем, любых сотрудников, основная задача которых просто отвечать на вопросы клиента. По идее, это позволит экономить на ФОТ, а сотрудникам заниматься тем, что нейросеть пока не может делать.

Эксперименты с внешностью

Итак, базой для всех вышеописанных сценариев является цифровой аватар. Я уже говорил о том, что его создание очень трудоемкий процесс. Фактически речь о виртуальной скульптуре человека, выполненной 3D-скульптором. Он прорабатывает все детали внешности, а потом при помощи инструментов симуляции выращивает волосы.

Вопросов к внешности не возникнет, если вы создаете копию знаменитости или модели. А что если надо с нуля создать виртуального человека? Какими чертами вы его наделите?


В качестве эксперимента мы решили создать своего цифрового аватара амбассадора ЛАНИТ. Конечно, можно было опросить всех коллег, как он должен выглядеть. Но, во-первых, опрос нескольких тысяч человек это уже слишком, а во-вторых, на основе этих данных нам бы пришлось создать второго Кена для Барби приятный обобщенный образ, полностью лишенный индивидуальности. Нет, такой амбассадор нам совсем не нужен. Мы пошли по другому пути.

У каждого из нас за годы жизни сформировался набор стереотипов. Например, окладистая седая борода ассоциируется с добрым нравом (как у Санта Клауса), широкие и прямые брови с прямолинейностью и властным характером и т.д.

Мы сформировали экспертизу по психогеометрии лица и обучили нейросеть выявлять основанные на паттернах восприятия взаимосвязи между внешностью человека и тем, какое впечатление он производит. Теперь она анализирует особенности внешности и выдает набор слов, описывающий, каким человек может казаться окружающим, например, добрым, ранимым, неуверенным в себе, спокойным и т.п. Мы взяли эти наработки и запустили процесс в обратном порядке дали нейросети описание нашего будущего героя (то, как его должна воспринимать целевая аудитория) и получили определенный набор черт лица.

Сразу сделаю важную оговорку: мы ни в коем случае не претендуем на научную достоверность нашего эксперимента. Более того, есть немало исследований, подтверждающих, что опасно искать взаимосвязи между чертами лица и, например, характером или (не дай боже) интеллектом. Так что мы исследуем не научную область, а возможности технологии.

Итак, нейросети мы скормили человеческие качества, соответствующие чертам корпоративного духа: лидерству, инновационности, надежности, целеустремленности и т.д.


И даже такой точечный отбор необходимых качеств привел к тому, что мы получили совершенно нейтрального персонажа, не вызывающего никаких эмоций. Поэтому результаты, которые нам выдала нейросеть, пришлось корректировать вручную.

Лицо и в целом вся компьютерная графика состоит из трех компонентов:

1. 3D-модель, которую сложнее всего изменять;
2. материалы и текстуры, которые наложены на трехмерную модель и которые определяют то, как она выглядит;
3. освещение (к слову, оно драматически влияет на восприятие образа).

Технологический стек

1. Создание модели персонажа

Голова

Для создания Максима (так мы назвали своего аватара) взяли за основу упрощенную форму человеческой головы и формировали детали (sculpt) в Zbrush. Сначала была создана высокополигональная модель, в которой проработали мельчайшие детали, включая поры на коже (для нее были разработаны текстуры).

Мы используем текстуры 4К. 8К текстуры дают более качественный результат на крупных планах, но потребность в них случается редко, поэтому от использования 8К текстур мы отказались в угоду производительности. После того как высокополигональная модель готова, мы создаем ее низкополигональную копию и переносим на нее мелкие детали при помощи карт нормалей (карты выдавливания поверхности).

Волосы

Существует множество инструментов для создания волос. Мы выбрали GroomBear для Houdini, чтобы не раздувать софтверный стек большая часть технической работы выполняется в Houdini.

Вот так выглядела самая первая версия Максима

Одежда

Для моделирования одежды использовали Marvelous Designer, а складки и мелкие и характерные детали доделывали в Blender.

А здесь уже Максим 4.0

2. Текстурирование

Мы выполняем текстурирование в Substance painter на наш взгляд, его инструментарий обеспечивает наиболее простой и быстрый процесс текстурирования. Важный момент хинт: чтобы скорректировать образ аватара, достаточно менять только текстуры кожи, совсем не трогая геометрическую основу. Впрочем, для любительниц макияжа это вовсе не секрет. Китаянки с помощью косметических средств ежедневно достигают эффекта, сравнимого с пластической операцией. А для аватаров столь простое изменение внешности означает большую экономию на производстве видеоконтента три клика, и образ твоего персонажа изменился кардинально настолько, что это уже совершенно другой человек.

3. Анимация

Наш персонаж настроен под работу с системами захвата движения: мокап-костюмом Xsense для тела и мокап-системой Dynamixyz для лица. Мы не стали использовать оптические системы захвата движения, так как они весьма громоздки, не мобильны, а значит, процесс производства контента имел бы намного больше ограничений.

Xsense управляет движениями туловища, головы и конечностей. Система анимации гибридная: большие массивы геометрии управляются костями, которые, в свою очередь, управляются данными мокап-системы, а складки одежды в районе суставов и других характерных местах управляются вспомогательными блендшейпами (состояниями модели с характерными сгибами в районе суставов), которые обеспечивают корректную работу геометрии там, где костная анимация не позволяет добиться корректного результата.

В необходимости создания блендшейпов заключается основная проблематика создания гардероба персонажа это трудоемко. Для каждого нового предмета одежды художнику необходимо создать несколько десятков блендшейпов. Мы активно ищем пути автоматизации этой рутины, и если у вас есть идеи или готовые решения, я буду рад обсудить их с вами в комментах.

Dynamixyz управляет анимацией лица, и настройка лицевой анимации самая сложная и трудоемкая часть в пайплайне. Дело в том, что под кожей лица скрывается 57 мышц (25% от общего количества мышц в человеческом теле), и движение каждой из них влияет на выражение лица.

Распознавание лиц и эмоций крайне важная способность, необходимая для существования в социуме, поэтому люди моментально фиксируют неправдоподобную мимику. А значит, для аватара нужно сделать лицевую анимацию, реалистичную на 100%.

У каждого лица может быть бесконечное множество выражений, но, как показала практика, 150 блендшейпов достаточно, чтобы создать реалистичную анимацию. Мы пошли несколько дальше и создали 300 блендшейпов (и продолжаем создавать новые, если находим ситуации, когда 300 недостаточно).

Dynamixyz работает по следующему принципу: на голову актера надевают шлем, на котором закреплены специализированные камеры со сверхвысокой скоростью передачи данных. Видео с этих камер транслируется на рабочую станцию, где нейросеть определяет на лице актера якорные точки и в каждом кадре сопоставляет их с якорными точками на виртуальной лицевой маске, заставляя ее двигаться. К движениям лицевой маски привязана система блендшейпов, которые переключаются в соответствии с характером движения лицевой маски. Каждый блендшейп создается для всего лица целиком, но переключаться во время анимации он может локально, например, в районе рта или правого глаза отдельно от остального лица. Эти переключения происходят плавно и совершенно незаметно глазу.

Существуют альтернативные, менее трудоемкие системы лицевых анимаций, например, та, которую недавно запатентовал Сбербанк. Но за снижение трудозатрат приходится платить качеством и гибкостью, поэтому мы отказались от применения подобных технологий.

4. Рендер

Наш Максим живет в Unreal Engine и Houdini.

В Unreal Engine (UE) мы рендерим анимации, не требующие сложной постобработки, потому что UE не позволяет получить на выходе необходимые для постобработки каналы и маски в полном объеме, а также имеет ряд ограничений (например, нет возможности сделать корректную маску на волосы, потому что UE не умеет делать маски полупрозрачными). Некоторое время мы экспериментировали с Real time ray tracing (RTX), но, не получив существенного прироста в качестве изображения, отказались от его применения.

Для рендера в Houdini мы используем Arnold. Это CPU рендер, и работает он довольно медленно в сравнении с GPU и RealTime движками, но выбор пал именно на него, потому что сравнительные тесты показали, что Sub Surface Scattering материалы (а материал кожи является именно таким) и материал волос в Arnold работают на порядок лучше, чем в Redshift и Octane, а V-ray, к сожалению, бессистемно выдает артефакты на Sub Surface Scattering материалах.

5. Интерактив

Наиболее перспективным (но и наиболее сложным), с нашей точки зрения, направлением развития цифровых аватаров является их связка с программными продуктами голосовыми помощниками, чат-ботами, системами speech2text и т.д. Такие интеграции открывают возможность для создания масштабируемых продуктов. В настоящее время мы активно работаем в этом направлении, строим гипотезы и прототипы. Если у вас есть идеи подобного применения цифровых аватаров, буду рад их обсудить.

Симпатичный или отвратительный? Движения усилят этот эффект

Возможно, Максим напомнит вам кого-то из ваших знакомых. А может, вы вчера с похожим человеком вели переговоры. Был ли он милым или раздражал своей манерой общения? В любом случае образ Максима вызывает эмоции.

В процессе его создания мы на собственном опыте проверили эффект Зловещей долины, описанный японцем Масахиро Мори, который исследовал восприятие людьми человекоподобных роботов. Об этом подробно написано в Wiki, но если кратко: чем больше робот напоминает человека, тем большую симпатию мы к нему испытываем. Этот эффект нарастает до определенного момента. Когда робот уже почти неотличим от человека, мы, глядя на него, начинаем ощущать дискомфорт и даже страх все потому, что робота выдают мельчайшие детали, которые мы чаще всего даже не можем выделить и назвать. Вот это резкое изменение наших реакций (соответствуют провалу на графике) и названо Зловещей долиной. При этом анимация усиливает как отрицательный, так и положительный эффект, однако, как видно из графика, достичь полного сходства с человеком можно только с помощью анимации.

Источник

Итак, наш Максим перешел Зловещую долину, но один нюанс негативно влияет на его восприятие без анимации у него вообще нет никакого выражения лица, все лицевые мышцы расслаблены, чего не бывает у живого человека. Поэтому он выглядит очень отрешенным, смотрит не на собеседника, а словно сквозь него, что очень неприятно.

Максим нам кажется достойным представителем семьи аватаров. Поскольку Digital Human становятся все более популярны, мы рассчитываем на то, что наши клиенты и партнеры скоро решат обзавестись аватаром для маркетинговых задач. Тогда у Максима появятся братья и сестры по разуму искусственному, разумеется.

А пока Максим в одиночку исследует возможности, которые открывает для цифровых аватаров В2В-рынок: в октябре 2020 года он примет участие в конференции Умные решения умная страна: инновационные технологии для новой реальности и выставке цифрового искусства Disartive, будет продвигать продукты и услуги ЛАНИТ в социальных медиа и, возможно, даст несколько интервью.

Зарождающийся рынок Digital Human

В России есть компании, которые работают в схожем с нами направлении. Но далеко не все публичны многие взаимодействуют с gamedev-студиями и делают персонажей для игр (а этот мир живет по своим правилам, и очень часто студии используют голливудскую модель, не раскрывая своих подрядчиков).

Самая известная компания это, пожалуй, Malivar, в которую Сбербанк инвестировал 10 млн рублей. Ей принадлежит виртуальный персонаж Алиона Пол (Aliona Pole) художница, модель и автор коллекций цифровой одежды.


Digital-модель за доли секунды меняет красную кофточку на синюю, примеряет новые образы, не останавливая движение. А зритель, воспитанный на Stories в Instagram и на TikTok, с удовольствием смотрит короткие ролики с фантастическим количеством трансформаций, не доступных живой модели.

Алиона постепенно отходит от образа только модели, обретая в своем инстаграме все новые человеческие черты пропагандирует экологичное отношение к миру, философствует на тему границ личности, смешения обычной и виртуальной реальности и топит за индивидуальность и бодипозитив.

На глобальном рынке есть любопытный проект в сфере цифровых аватаров: Samsung Neon. Конечно, до создания новой формы жизни разработчикам еще далеко, но своих трехмерных моделей они обучили хорошо двигаться. Благодаря интерфейсу, который может превращать голос в текст, модель анализирует входящую информацию, трансформирует её в решения и отдает внутреннии команды движения рук и других частей тела. На выставке CES 2019 компания показала аватаров медсестры, телеведущего, скаута из национального парка, фитнес-тренера и несколько других.

О новозеландском проекте по созданию ассистентов Soulmachines я написал выше. Наверное, есть и другие проекты, достойные внимания, но значительных инфоповодов у них мало, хотя в разработку цифровых аватаров сейчас инвестируют серьезные фонды.

А вы что думаете по поводу аватаров? Я бы не отказался иметь своего цифрового клона для участия в Zoom-совещаниях и общения с начальником и, конечно, комплект цифровой одежды всегда поглаженную рубашку, пиджак, галстук все дела.

Армия как институт часто вносит решающий вклад в появление и развитие новых технологий. Появление устройств виртуальной и дополненной реальности и систем, которые работают на их основе, тоже одна из заслуг военно-промышленного комплекса. Более того, сегодня армия становится для многих производителей AR/VR-устройств крупнейшим заказчиком. Контракт Microsoft и Министерства обороны США на поставку 100 тысяч шлемов виртуальной реальности HoloLens стал беспрецедентным для всего рынка: его стоимость составляет $480 млн.

В этой статье мы проанализируем, для каких целей военные используют виртуальную и дополненную реальность.

Источник

Чему учат солдат в виртуальной и дополненной реальности

Отработка навыков, обучение и тренировки одна из основных сфер применения технологий виртуальной реальности. С этой точки зрения они и интересны военным, использующим симуляторы для подготовки личного состава. Основные направления их применения обучение новичков и формирование первичных навыков у тех, кто только начинает военную службу, а также поддержание квалификации у опытных специалистов (сюда же можно отнести и подготовку перед подтверждением квалификации). Для этих целей применяются симуляторы, нацеленные на самые разные задачи:

• тренировка навыков управления техникой, например, авиационные тренажеры;
• отработка навыков обслуживания техники;
• отработка первичных боевых навыков у новобранцев;
• обучение действиям в боевых условиях;
• тренировка медиков в стрессовых ситуациях и удаленная медицинская поддержка.

В каждом конкретном случае при разработке симулятора учитываются специфика рода войск и особенности подготовки индивидуальная, групповая или специальная.

Тренировка навыков управления техникой

Самый распространенный тренажер тренажер управления техникой. Подобный тренажер используется для первичной подготовки и повышения квалификации. Он состоит из кабины боевой машины и сферического экрана или шлема виртуальной реальности для демонстрации обучающего контента. Такие тренажеры можно использовать и для индивидуальных занятий, и в составе групп, работающих в едином информационном пространстве, когда несколько комплексов одновременно используют один и тот же контент.

Источник. Тренажёр вертолета Ка-27

Источник. Летчик первого класса ВВС США Шейн Стюарт, студент курса подготовки пилотов, тренируется на симуляторе полета в виртуальной реальности в Резервном центре вооруженных сил в Остине, штат Техас.

Отработка навыков обслуживания техники

Тренажеры виртуальной реальности позволяют пилотам тренироваться, не отправляя самолет в воздух, а это сокращает расходы. Кроме того, значительная часть военной техники это сложные электромеханические системы, например, самолеты или космические корабли. К их обслуживанию и сборке предъявляют чрезвычайно высокие требования и, соответственно, к ремонтным бригадам. Применение технологии дополненной реальности снижает риски появления ошибок, повышает надежность и эффективность обслуживания и ремонта.

Источник. Lockheed Martin использует дополненную реальность, чтобы направлять технических специалистов в решении задач. Это фото включает имитацию наложения дополненной реальности.

Например, оборонный подрядчик, компания Lockheed Martin успешно использовала технологию AR в процессах сборки и отслеживания качества для космического корабля NASA Orion.

Дополненная реальность включает в себя цифровую информацию, которая попадает в поле зрения специалиста по ремонту и накладывается на реальный мир, все это он наблюдают через очки.

Очки заменяют планшеты или громоздкие руководства, которые ремонтные бригады носят с собой. Очки могут накладывать инструкции на машины, показывать PDF-файлы или изображения и обеспечивать удаленную поддержку более опытными специалистами. Пользователи могут делать снимки экрана через очки, а также открывать и просматривать документы голосом, продолжая работать над проектом руками.

Отработка первичных боевых навыков у новобранцев

Отдельно стоит упомянуть класс симуляторов, предназначенных для базового обучения новобранцев, которые используются в основном при подготовке сухопутных войск. Сюда входят:

• виртуальные тиры стационарные стрелковые тренажеры для отработки базовых навыков стрельбы из различных типов оружия;

Источник. Американские военные отрабатывают стрельбу из гранатомета, используя высокотехнологичный симулятор артиллерийской стрельбы (UGTI) на базе ВВС в Майноте, Северная Дакота.

• тренажеры для отработки прыжков с парашюта;

Источник. PARASIM тренажер виртуальной реальности для отработки прыжков с парашютом.

Обучение действиям в боевых условиях

Симуляторы боевых действий

Наиболее сложными и специфичными, а также малоприменимыми вне армии, являются симуляторы боевых действий (англ. Battlefield Simulators). Они бывают двух видов: тактические и полноценные, которые, в свою очередь, делятся на симуляторы группового взаимодействия и симуляторы полноценных боевых действий, так называемые Virtual WAR.

Тактические симуляторы

Не так давно на вооружение армии США поступили так называемые Marine Tactical Decision Kit, их основная целевая аудитория морские пехотинцы. Это набор оборудования для командного центра в зоне боевых действий, который по сути заменяет собой реальную карту боевых действий. Используется при:

• планировании боевых операций;
• отслеживании ситуации на поле боя (при наличии соответствующей техники и датчиков на бойцах, позволяющих накладывать их местоположение на виртуальную карту боя);
• проведении брифингов перед началом спецопераций, при этом карта формируется в дополненной реальности.

В качестве устройства доступа к дополненной реальности используется либо смартфон, либо дисплей дополненной реальности, смонтированный непосредственно на шлем. Как это выглядит в реальности можно узнать здесь:



Marine Tactical Decision Kit разрабатывался как инструмент оттачивания навыков принятия тактических решений. Дополненная реальность не должна была заменить тренировки в полях, но повысить эффективность обучения солдат в казармах. Возможно, использование спорных, на наш взгляд, решений (например, тактических карт в дополненной реальности), не принесли проекту популярности. Разработку анонсировали еще в 2017 году, и с тех пор о развитии проекта в армии США ничего не известно.

Симуляторы группового взаимодействия

Эти симуляторы применяются во время базовых тренировок рекрутов в части командного взаимодействия. Они нацелены на выработку индивидуальных навыков (вход в здание, досмотр помещений, быстрое поражение целей из разного вида оружия, поддержание связи, перемещение по местности) и групповых, таких, как техника и боевой порядок передвижения групп захвата и прикрытия в городе и сельской местности, перемещение в составе группы захвата и прикрытие входа в здание, ведение огня в составе группы или соблюдение мер безопасности и огневой дисциплины.

Источник. Солдаты армии США отрабатывают взаимодействие

Оборудование и технологии таких симуляторов мало отличаются от тех, что используются в аттракционах виртуальной реальности, которые есть в большинстве развлекательных парков. Правда, у военных симуляторов есть и свои специфические элементы. Здесь используется вооружение, имитирующее реальные аналоги, а шлемы виртуальной реальности во время учений не просто проецируют цифровую картинку, но и передают действия солдат в командный центр, где находится руководство. Таким образом, инструкторы могут в режиме реального времени корректировать действия отряда. Двусторонняя связь упрощает процедуру оценки действий личного состава. Могут использоваться и датчики, снимающие показания о состоянии бойца (давление, пульс и т.п.). Кроме того, к такому симулятору могут подключаться системы аналитики, используемые для оценки действий рекрутов.

Полномасштабные симуляторы (Virtual WAR)

Такие симуляторы используются не часто. Причина высокая стоимость и сложность подобных систем. Дело в том, что Virtual WAR относятся к симуляторам командного взаимодействия, а значит, должны учитывать действия нескольких родов войск. По сути, речь идет не об одном тренажере, а о целом комплексе, который позволяет отработать командное взаимодействие нескольких родов войск: сухопутных, бронетанковых, авиации и даже флота.

Источник. Российский симулятор командного взаимодействия

Используются в таких комплексах и тренажеры, подобные авиационным и танковым, а также шлемы виртуальной реальности. Контент для такой системы должен имитировать взаимодействие множества групп. Ведь даже при проведении одной локальной операции по захвату здания в подразделении могут быть выделены группы захвата, прикрытия, обеспечения, саперы, медицинская группа, разведка, группы документирования, блокирования, автотранспорта и даже группа ведения переговоров. Таким образом, полномасштабному симулятору даже при планировании небольшой операции, предстоит отработать взаимодействие как минимум десятка разных групп. Представим себе, что речь идет об операции большого масштаба, в которой задействованы авиация и танки. Создать подобный симулятор задача куда серьезнее, чем придумать игру Battlefield.

Тренировка медиков в стрессовых ситуациях и удаленная медицинская поддержка

Трудно воссоздать стесненные условия и напряжение внутри вертолета, который эвакуирует тяжелораненого солдата в полевой госпиталь. В реальной жизни при реанимации или стабилизации солдата медики борются с трудностями полета, в то время как пилоты уклоняются от огня из стрелкового оружия с земли.

Подготовить медиков к подобным условиям помогает тренажер виртуальной реальности, который сочетает в себе гарнитуру виртуальной реальности, перчатки с датчиками движения, реалистичный манекен солдата и корпус самолета.

Источник. Подготовка медиков в Вооруженных силах Великобритании

В ситуациях, когда требуется медицинская помощь, а медика нет или его знаний не достаточно, может быть использована система удаленной медицинской помощи. С помощью умных очков медики на местах связываются с экспертами, которые находятся вне поле боя. Подобное решение может быть использовано в армии, флоте и военно-воздушных силах. И уже используется в гражданской медицине.

Например, наша компания ЛАНИТ-Интеграция в начале пандемии 2020 года разработала систему удалённой координации действий медиков, в основе которой эргономичные умные очки (можно почитать об этом здесь). Она позволила сократить количество непосредственных контактов медицинского персонала с пациентами и снизить риск заражения врачей. Врачи получили возможность собирать консилиумы в дистанционном режиме, быстро проводить обучение персонала. COVID-19 дает много осложнений и на печень, и на сердечно-сосудистую систему, и на другие органы, поэтому без консультаций узких специалистов не обойтись. Решение позволяет позвать в красную зону узких специалистов, которые могут проконсультировать по вопросам сопутствующих заболеваний, но так, чтобы не подвергать медиков опасности нахождения рядом с больным. Если подумать, потенциал у этого решения гораздо шире: его можно использовать в хирургии, медицине катастроф и работы скорой помощи, в научной работе и лабораторной медицине.

В следующей статье мы расскажем про конкретные AR/VR-решения для военных. Продолжение следует.

Материал подготовлен в соавторстве с mklochkova.

Использование программных продуктов для звонков, чатов и видеоконференций стало неотъемлемой частью работы практически любой компании. Всё чаще возникает ситуация, когда для связи между сотрудниками используются параллельно две системы IP-АТС и так называемая система объединенных коммуникаций (Skype for Business, Teams и другие). Возникает путаница: пользователям не всегда понятно, какой тип связи предпочтительнее использовать, где лучше организовать конференцию, куда приглашать внешних участников на встречу. В статье я расскажу об успешной интеграции телефонии и системы объединенных коммуникаций, реализованной ЛАНИТ-Интеграцией в крупной нефтехимической компании. И хотя кейс не является пошаговой инструкцией, уверен, он будет многим полезен.

Источник

О проекте

К нам за помощью обратилась крупная нефтехимическая компания с большим количеством офисов по всей стране. В офисах используются IP-АТС различных производителей, в основном Cisco и Avaya, при этом часть задач помогает решать Skype For Business (SFB). Нам предстояло провести интеграцию системы телефонной связи компании со Skype For Business так, чтобы пользователи SfB могли осуществлять вызовы на стационарные телефоны и наоборот. Отказываться от одного из каналов связи и целиком переходить на другой заказчик не планировал. Требовалось настроить работу системы таким образом, чтобы на каждый входящий звонок пользователь имел возможность ответить как ему удобнее с телефона или со SfB. Разумеется, решение должно быть отказоустойчивым.

Для тех, кто не знаком близко с работой SIP-телефонии, кратко опишу ее базовые принципы. При звонке между клиентами возникает передача двух видов сетевого трафика: трафика сигнализации (SIP Session Initiation Protocol) и медиатрафика (RTP Real-time Transport Protocol и SRTP Secure Real-time Transport Protocol). По SIP передается информация, необходимая для начала и завершения сеанса разговора. В пакетах SIP присутствуют данные, например, о номерах телефонов или информация, когда абонент ответил на вызов, когда завершил его. Медиатрафик включает в себя непосредственно звук (голос), сжатый кодеками.

При настройке интеграции SfB c IP-АТС есть два возможных сценария:

• настройка SIP-транков (каналов связи между двумя системами) напрямую между IP-АТС и SfB;
• настройка взаимодействия между системами через SBC (Session Border Controller).

В нашем проекте используется второй сценарий по нескольким причинам.

1. На площадках заказчика большое количество IP-АТС различных производителей с различными версиями прошивок. Не со всеми из них была техническая возможность установки прямого SIP-транка со SfB.
2. Решение должно быть типовым на всех площадках.
3. Одно из требований минимизация изменений в конфигурациях IP-АТС.

Планирование

В качестве SBC мы использовали решение от компании AudioCodes. В линейке решений этого производителя есть AudioCodes Mediant Virtual Edition (VE). В нашем случае оно подходило лучше остальных, так как на площадках уже имелись хосты виртуализации с достаточным количеством свободных мощностей. Если на каждой площадке развернуть по две виртуальные машины и разместить их на разных хостах, то мы получим отказоустойчивое решение на уровне сервиса это нам и было нужно. Такое решение избавляло от необходимости приобретения и установки дополнительного оборудования.

В итоге схема построения SIP-транков и размещения SBC была такой:


Размещение SBC на каждой площадке обусловлено несколькими причинами:

• в дальнейшем возможно использование SBC для интеграции с местными операторами связи;
• сбой на одной площадке никак не должен отражаться на работе остальных;
• администраторы площадки должны полностью управлять своими SBC, не влияя на остальные площадки.

Схема была согласована, и мы приступили к развертыванию стенда и тестированию.

Тестирование

При тестировании нам требовалось:

• найти рабочую конфигурацию оборудования для построения SIP-транка с каждым типом и версией прошивки IP-АТС заказчика;
• проверить работу требуемых сценариев звонков с каждым типом и версией прошивки IP-АТС;
• описать требуемые изменения.

Была развернута тестовая инфраструктура cо Skype for Business, несколько IP-АТС нужных версий и пользовательские станции. Мы приступили к конфигурированию. Прямые звонки между клиентами SfB и каждой IP-АТС заработали без проблем после настройки маршрутизации звонков. Тонкие моменты обнаружили при тестировании форкинга звонка (когда при звонке на стационарный телефон у пользователя звонок приходит и на телефон, и в клиент SfB). Для лучшего понимания форкинга звонка приведу пример. У нас есть пользователь 1 с номером телефона 201 и пользователь 2, у которого есть телефон с номером 202. Есть учётная запись в Skype For Business с номером 5202. Пользователь 1 решил позвонить пользователю 2 и набрал на телефоне номер 202. Далее звонок должен идти следующим образом.

1. IP-АТС ищет абонента с номером 202 и находит его. В настройках этого абонента стоит одновременный звонок на номер 5202.
2. Звонок уходит на телефон 202 и срабатывает маршрутизация звонка в SIP-транк с SBC.
3. SBC направляет звонок в SfB.
4. SfB находит пользователь с номером 5202 и направляет звонок на клиент SfB этого пользователя.

В итоге у пользователя 2 звонит и телефон, и SfB, и он сам решает где ему удобнее ответить на вызов.

Схема звонка с форкингом:

Подводные камни

Есть четыре возможных сценария обработки входящего вызова:

1. пользователь снимает трубку на телефоне;
2. пользователь отвечает в SfB;
3. пользователь нигде не снимает трубку и звонок сбрасывается по таймауту;
4. звонящий кладёт трубку до того, как будет принят вызов или звонок сбросится по таймауту.

И тут появляются подводные камни. При тестировании обнаружилось, что поведение системы практически всегда не соответствует ожиданиям. Я бы хотел остановиться на каждом сценарии более подробно, описать проблемы и предложить варианты решения.

Пользователь снимает трубку на телефоне

Проблема: В SfB вызов может отмечаться как пропущенный в журнале вызовов. Почему так происходит? Дело в том, что при форкинге IP-АТС направляет звонок сразу на два номера: абоненту IP-АТС и в SIP-транк. И когда звонок снимается на телефоне абонента, IP-АТС отправляет SIP-запрос CANСEL в сторону SfB, как бы говоря, что звонить больше не надо.


IP-АТС может не вложить в запрос CANCEL информацию о том, что трубка снята в другом месте. В этом случает SfB думает, что это звонок, который сбросил сам звонящий, и помечает его как пропущенный, а это не является правдой. При детальном разборе логов звонков и изучении документации было найдено RFC, в котором описывается заголовок Reason для запросов CANCEL. Именно в этом заголовке должна содержаться информация о том, что звонок был принят в другом месте.

Ссылка на RFC: https://tools.ietf.org/html/rfc3326

Большая часть IP-АТС заказчика не поддерживала RFC 3326.

Решение: Выяснилось, что чаще всего в последних версиях прошивок IP-АТС включена поддержка RFC 3326. После обновления до последней версии проблема пропала.

Для тех же IP-АТС, в которых нет поддержки RFC 3326, найдено обходное решение: SBC Audiocodes позволяет модифицировать отправляемые SIPпакеты. В этом сценарии нам необходимо добавлять в запросы CANCEL заголовок с информацией о том, что звонок был принят в другом месте. В нашем случае для этого необходимо было в Audiocodes создать новый Message Manipulations, который добавляет заголовок Reason со значением'SIP;cause=200;text="Call completed elswhere";ms-acceptedby="sip:OnPBX@domain.local"' и привязать это правило на соответствующую IP Group.

Пользователь отвечает в SfB

В этом сценарии проблемы с отображением звонка как пропущенного не возникло.

Пользователь нигде не снимает трубку звонок сбрасывается по таймауту

Проблема: После сброса звонка по таймауту клиент SfB может продолжать звонить, хотя сессия звонящего с IP-АТС уже разорвана.

Это происходит потому, что при срабатывании таймаута на некоторых IP-АТС, они не отправляют никакую информацию в сторону SfB, и SfB не знает, что сессия уже завершена.

Решение: Изменить настройки так, чтобы время таймаута SfB было меньше, чем время таймаута на IP-АТС.В случае, если звонок завершается по таймауту со стороны SfB, звонок завершается и на телефоне. Информация о пропущенном звонке везде отображается корректно.

Звонящий кладёт трубку до того, как будет принят вызов или звонок сбросится по таймауту.

Проблема: Если звонящий положил трубку до ответа, и если звонок принят на телефоне IP-АТС без поддержки RFC 3326, то в сторону SfB отправляются абсолютно одинаковые SIP-запросы CANCEL. SBC обрабатывает эти запросы по правилу, которое было создано ранее, и на SfB звонок не появляется как пропущенный.

Решение: Использование IP-АТС с поддержкой RFC 3326.

В нашем проекте заказчик принял решение всё же временно использовать добавление заголовка Reason и в дальнейшем отказаться от использования IP-АТС без RFC 3326.

В итоге

Детальное предварительное тестирование решения со всеми видами IP-АТС позволило заранее узнать о большинстве тонких моментов. Внедрение прошло относительно быстро один-два дня на каждую площадку.

Хотя в статье был описан один кейс интеграции Skype For Business с телефонией, принципы и решения подходят для любых подобных интеграций. Например, аналогичные решения мы успешно применяли в проектах интеграции телефонии с Microsoft Teams. Надеюсь, описанные в статье решения помогут сэкономить вам время при внедрении.

Поступая в аграрную академию, я не думал, что когда-нибудь стану сотрудником ИТ-компании. Подозреваю, что служба персонала ЛАНИТ тоже не ожидала, что будет собеседовать агрономов. И вот уже в штате ЛАНИТ-Интеграции у меня возникло желание написать в блог на Хабре и ближе познакомить коллег с сельскохозяйственной культурой, с которой мне довелось работать не один год и которая по праву называется вторым хлебом. Хочется немного расширить представление об этом интересном растении, рассказать о современных технологиях, которые помогают получать хорошую урожайность.

Сегодня много внимания приковано к цифровизации национальной экономики. Все говорят про цифровую трансформацию, но как она влияет на конкретные предметные области, не понимают. Именно поэтому на рынке есть устойчивый интерес к айтишникам, который знают узкую специфику отраслей, и к отраслевым специалистам, которые на понятном языке могут объяснить айтишникам, что необходимо делать.

На примере того, как цифровые технологии влияют на повышение урожайности картофеля, мы сегодня и рассмотрим положительную синергию растениеводства и ИТ.

Источник

Картофель! Что не специалист может сказать об этом растении? Овощ, происходит из Южной Америки, завезен в Россию Петром Алексеевичем из Голландии, нудно и скучно выращивается и собирается на приусадебных участках. На этом познания о картофеле у большинства заканчиваются.

Семеноводство и оздоровление

Поговорим о процессах возделывания картофеля. Картофель это вегетативно размножаемая культура. Мы берем часть существующего растения (клубень) и из него получаем новое полноценное растение с тем же набором хромосом. По факту, из исходного материнского растения получаем полную копию по образу и подобию. С этим связан ряд преимуществ: не надо каждый год покупать семена, можно отбирать клубни на посадку из урожая. Размножать растение вегетативным путем гораздо быстрее, чем при размножении семенами (генеративным способом). Генеративное размножение подразумевает собой опыление, в котором участвуют органы размножения женского и мужского полов растения пестик и тычинка. В результате такого размножения удается получить семена потомства с совершенно новыми (в пределах вида) наследственными признаками растения, несущими как отцовские, так и материнские характеристики.

Все же при вегетативном размножении картофеля возникают сложности, в основном связанные с накоплением в поколениях вирусных заболеваний: картофель поражается более чем 20 вирусами. Каждый год при росте растения в него проникают вирусы, ослабляющие его развитие. Высаживая клубни таких растений, на следующий год мы получаем растение с вирусом внутри, и за новый период его роста концентрация вируса увеличивается. Так за несколько лет концентрация вируса в растении достигает критической массы, и растение получается слабым и без нового урожая.

Для преодоления накопления вирусов в картофеле и оздоровления посадочного материала применяется метод апикальной меристемы. Основа его в том, что группа меристематических (образовательных) клеток, находящихся на вершине конуса нарастания, еще не получила заражение вирусом от более старых клеток или его концентрация настолько мала, что ей можно пренебречь.

Первый этап оздоровления картофеля состоит из визуального отбора морфологически типичных для данного сорта, а также здоровых или наиболее здоровых растений и дальнейшей сортировки в зависимости от концентрации в них вирусов методом иммуноферментного анализа (ИФА).

Урожай с отобранных растений помещается в отдельный пакет и закладывается в хранилище на период покоя, при котором клубни находятся как бы в анабиозе и не будут прорастать даже в подходящих для этого условиях.

Вторым этапом является термотерапия, то есть тепловая обработка клубней, проводимая в термостате при температуре +37 С в течение 40 дней. Она позволяет подавить развитие сферических вирусов (вирус желтой карликовости картофеля, вирус скручивания листьев картофеля) и в то же время способствует повышению эффективности метода верхушечных меристем при оздоровлении от вирусов XBK, SBK, МВК, PLRV, YBK, ABK.

Источник. Закладка клубней в термостат.

На третьем этапе клубни картофеля для прорастания помещают на стеллажи без доступа света при температуре 18-22С и относительной влажности воздуха около 75%.

На следующем этапе проростки отделяются от клубней, стерилизуются и помещаются в чашку Петри под микроскоп с небольшим количеством стерильной воды с целью предотвращения их высыхания. Для выделения небольшой группы клеток меристемы необходимо препаратной иглой под бинокулярным микроскопом с верхушки точки роста удалить покровные листочки, под которыми находятся боковые и верхушечные меристемы.


Вычленение меристемы. Источник. Источник

Меристему на кончике иглы переносят в пробирку на поверхность питательной среды, закрытие пробирки пробкой происходит в пламени горелки для предотвращения попадания внутрь патогенов. Весь процесс по выделению меристемы проводится в стерильных условиях лаборатории в ламинарном боксе. При выращивании меристем картофеля чаще всего в качестве основы для питательной среды в пробирках применяют классическую питательную среду Мурасиге-Скуга, состоящую из макро- и микроэлементов, хелатного железа, а также витаминов и органических соединений. Для удобства жидкую питательную среду загущают агар-агаром.

Пробирки с меристемами помещаются в световую камеру с постоянным температурным режимом 20-24С, влажностью около 70% и освещенностью примерно 8000 люкс, с периодом освещения 16 часов в сутки. От выделения меристемы до получения растения с развитой корневой системой и 5-6 листочками уходит от 70 до 150 дней в зависимости от сорта и соблюдения необходимых условий для роста.

Источник Регенерирующие оздоровленные растения.

Размножение оздоровленного картофеля

На этапе оздоровления картофеля мы получаем пару десятков пробирок со сформировавшимися в них растениями и проводим их оценку на наличие вируса. Проверяем качество проведенной работы методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), который более чувствителен и может определить более маленькие концентрации патогена по сравнению с ИФА. Прошедшие проверку ПЦР растения переходят на этап in vitro-размножения.

Здесь необходимо рассказать про классификацию поколений семенного картофеля, чтобы в дальнейшем было проще ориентироваться. В соответствии с ГОСТом 33996-2016 семенной картофель по качеству клубней и качеству посадок в зависимости от ступени размножения (поколения семенного материала) подразделяют на следующие категории.

• Оригинальный семенной картофель:
  
  микрорастения,
  микроклубни, мини-клубни,
  первое полевое поколение,
  супер-суперэлитный семенной картофель.
• Элитный семенной картофель:
  
  суперэлитный,
  элитный.
• Репродукционный семенной картофель:
  
  первая репродукция,
  вторая репродукция,
  третья и последующие репродукции.

Каждое следующее поколение получается из посадок предыдущего. Например, мы весной высаживаем в поле суперэлиту, значит, осенью убранные клубни уже будут элитными. Первую и вторую репродукции ещё можно продавать как семенной материал, а начиная с третьей репродукции использование как семенного материала возможно уже только для собственных нужд.

Оздоровленное растение в стерильных условиях лаборатории в ламинарном боксе достается из пробирки и разрезается, шинкуется на черенки, состоящие из кусочка стебля с листочком и пазушной почки у основания листочка, из которой в дальнейшем вырастет новое полноценное растение. Каждый черенок помещается в новую пробирку с питательной средой.

Формирование нового растения из черенка происходит за 21-28 дней, и процесс повторяется заново.

Источник. Микрорастение картофеля in vitro.

Пользуясь данной методикой, за небольшой промежуток времени можно получить несколько десятков тысяч здоровых микрорастений.

Источник. Схема размножения картофеля in vitro.

Дальнейшее размножение может идти по нескольким направлениям: получение микроклубней в пробирках, мини-клубней в горшках, в поле или в гидропонных/аэропонных установках.

Микроклубни образуются непосредственно в пробирках. Данный метод подходит больше для исследовательских работ, поддержания коллекции сортов и видов, так как является самым непродуктивным и затратным из-за того, что с одного растения получается один микроклубень.

Получение мини-клубней может проходить тремя способами.

Первый (полевой) метод самый дешевый при расчете цены на один получаемый мини-клубень, но при этом и наименее эффективный. При данном методе микрорастения из пробирок высаживают в кассеты для доращивания, а затем непосредственно в землю на открытом участке. Метод имеет высокие трудозатраты, так как процесс высаживания происходит вручную без применения какой-либо техники из-за хрупкости микрорастений. На первых этапах развития таких посадок необходимо соблюдать повышенный контроль за влажностью почвы и солнечной активностью. Приживаемость растений в таких посадках низкая, а заражение вирусами происходит на ранних стадиях из-за незащищенности посадок от переносчиков заболеваний. Однако при всех отрицательных факторах данный метод имеет место быть, и его применение возможно в районах с неблагоприятными условиями для распространения переносчиков заболеваний: от северной части Ленинградской области и до Мурманска, а также в горных районах Северо-Кавказского ФО.

Фото из личных архивов

Вторым способом можно получать мини-клубни картофеля в горшках или других сосудах, установленных в теплицах. Принципиальным отличием от полевого метода является повышенная защита от переносчиков заболеваний из-за защищенного выращивания, а также круглогодичный тип выращивания. Здесь надо немного пояснить, что теплицами правильно называть отапливаемые помещения, а все, что не отапливается, это парники. Стоимость таких мини-клубней возрастает, но при этом сильно повышается и качество.

Фото из личных архивов

Третий и, на мой взгляд, самый эффективный способ получения мини-клубней картофеля гидропонный метод. На нем остановимся немного подробнее и начнем с описания самого метода выращивания, гидропоники.

Гидропоника и аэропоника относятся к типу выращивания растений без субстрата. Если быть точнее, то без субстрата, который может содержать питание для растений, так как все питание они получают из воды с растворенными в ней питательными веществами. В некоторых видах гидропоники субстрат используется в качестве основы для закрепления растения, в который оно прорастает корневой системой. Самый распространенный тип такого субстрата это минеральная вата. Та самая, которой мы утепляем дома! Но в отличии от утеплителя, субстрат для выращивания имеет гидрофильные свойства для удержания воды, плюс есть варианты по расположению волокон, но в основе это тот же утеплитель.

Гидропоника разделяется по методу доставки питательного раствора к растению на пять основных типов и добавляется аэропоника.

Тип 1 фитильная система, при которой растения закрепляются в нейтральном субстрате, а питательный раствор к ним поступает из бака на основе капиллярного эффекта.

Источник

Тип 2 система глубоководных культур или плавающей платформы является самой простой из активных, растения закрепляются на плавающей платформе и погружаются непосредственно в питательный раствор, обогащенный кислородом. Метод хорошо подходит для выращивания влаголюбивых растений и быстрорастущих, например, таких, как салат.

Источник

Тип 3 система периодического затопления. Работа таких систем основана на временном притоке питательного раствора в сосуд или поддон с растениями, а затем оттоке его обратно в резервуар. Многие системы, имеющиеся в продаже, используют именно такой принцип работы. Работа системы периодического затопления осуществляется с помощью погруженного в воду насоса, соединенного с датчиком времени. Когда таймер приводит в действие насос, питательный раствор выталкивается в сосуд с растениями. Когда таймер выключает насос, раствор самотеком стекает обратно в резервуар. Таймер настраивается на включение несколько раз в день, в зависимости от вида растений, температуры и влажности и типа используемого промежуточного слоя.

Источник

Тип 4 система капельного полива. Данный тип гидропоники повсеместно применяется в промышленных теплицах для выращивания томата, огурца, перца, баклажана. Особенность работы данной системы заключается в том, что раствор подается в малых объемах, но непрерывно под каждое растение. Избыток раствора стекает обратно в исходный бак при небольших объемах системы или в специализированные резервуары для фильтрации и очистки при промышленном выращивании.

Источник

Тип 5 техника питательного слоя, основана на постоянном или периодическом протекании, для обеспечения доступа кислорода к корням, питательного раствора по желобу с растениями. Именно с этой системой у большинства людей и ассоциируется само понятие гидропоники. На основе данного типа собрана установка Картофельное дерево (КД-10; КД-100). Техника питательного слоя позволяет расположить растения картофеля на достаточно большой высоте, чтобы его удобно было собирать.

Источник

Тип 6 аэропоника. Как и гидропоника хорошо подходит для выращивания мини-клубней картофеля. Принципиальным отличием от гидропонных систем является то, что в данном типе корни не погружаются в раствор он распыляется на корни мелкими каплями 5-10 микрон.

Источник

Вернемся к размножению картофеля, а именно к получению мини-клубней из микрорастения гидропонным путем. Для этого хорошо подходят как гидропоника с техникой питательного слоя, так и аэропоника. Рассмотрим пример именно на гидропонной установке КД-10, так как с ней мне довелось поработать больше времени.

Микрорастение из пробирки необходимо закрепить в посадочных отверстиях установки. В моём случае для этого использовался кубик поролона с прорезью под растение. Корень растения должен доставать до низа лотка, где протекает питательный раствор. В течение первой недели раствор течет практически постоянно, небольшие перерывы делаются в основном для поддержания насоса в рабочем состоянии. При развитии растений они постепенно занимают своей корневой системой большую часть лотка для раствора, и поэтому необходимо подавать раствор намного реже, чтобы его остатки успели слиться из корневой, и они смогли подышать.

Фото из личных архивов

На вопрос Какой из этих трех методов лучше? однозначного ответа нет. Полевой метод дешёвый и подходит для ряда регионов. Гидро- и аэропоника самый дорогой и технологичный, поэтому его использование недоступно без подготовки квалифицированной кадровой базы сотрудников, что у нас в стране вызывает большие сложности из-за нехватки таких специалистов в отрасли. Выращивание в горшках в теплице физически и материально затратно, так что под промышленное производство оно подходит меньше всего, но его хорошо применять в научных целях для селекции или поддержании коллекции различных сортов.

Для дальнейшего размножения оздоровленного картофеля мини-клубни на следующий год высаживают в поле для получения первого полевого поколения. За две недели до посадки начинается подготовка картофеля к посадке, повышается температура в хранилище и включается свет или картофель выносят на открытое пространство. Такая подготовка позволит запустить процесс прорастания, а также повысит процент приживаемости. Для посадки мини-клубней хорошо подходит рассадопосадочная техника. Так как размер посадочного материала маленький, объем посадки измеряют в штуках на 1 га, и это примерно 60 000 шт.

Теперь из этого материала мы получаем более старшие репродукции, которые по размеру и форме уже похожи на привычный нам картофель. Пересаживая этот картофель еще 5 лет, мы получим вторую семенную репродукцию, которую можно продавать как семена. Получение хорошего семенного материала картофеля зависит не только от качества процесса оздоровления, хотя это и основа, а от процесса размножения, так как на этом этапе уже затрачено много сил и финансов на его производство. Разделение на репродукции по годам в большей степени условно, так как основной показатель это наличие и количество вируса и других болезней в той или иной репродукции, что регулируется ГОСТом 33996-2016. Посадив элитные семена, можно собрать также элитные семена, если процент заражения не превысит показатели в ГОСТе для данной репродукции. Если у семеноводческого хозяйства получается сохранить посадки в той же репродукции, то это может стать хорошим финансовым заделом, так как более высокая репродукция с меньшим заражением более дорогая.

Технологический процесс возделывания семенного картофеля

Общий принцип возделывания продовольственного и семенного картофеля идентичен, просто к семенному картофелю повышенные требования, а значит, больше внимания.

Начинать рассматривать процесс возделывания семенного картофеля лучше всего не с посадок, как это делается на других культурах, а с уборки. Современные сорта картофеля предназначены для узконаправленных задач: потребления в чистом виде, для переработки на продукты питания (чипсы, хлопья), для переработки на технические нужды (крахмал, спирт), на корм в животноводстве. Теперь представим современное семеноводческое хозяйство, которому надо закрывать все потребности рынка и предоставлять семена картофеля по всем направлениям использования. Сюда же накладывается обстоятельство, что под каждое направление идет не один и не два сорта, в лучшем случае 5-7 сортов, востребованных на рынке. Не забываем, что только в поле по каждому сорту растет 6 репродукций, итого только картофельных посадок от 30 сортов в 180 вариациях. И это еще не конец, так как на одно и то же поле картофель может возвращаться минимум раз в 4 года, в промежутке между этим возделываются другие культуры (порядок чередования культур в поле называется севооборотом, и уже известно, какие культуры в каком порядке сажать, чтобы получился лучший результат). За этим всем надо постоянно следить, чтобы разные сорта картофеля не перемешались друг с другом. Раньше все это велось агрономической службой в бумажных журналах, что, конечно, было не эффективно. Сейчас уже появились электронные журналы и системы распределения заданий. Теперь инженерной службе стало сложнее запутаться, где какая техника работает. Благодаря современному программному обеспечению точно понятно, где что растет и что убирается в данный момент.

Следующее место, куда попадает картофель, это хранилище. Здесь раньше все могло хорошенько запутаться. К хранилищам семенного картофеля применяются повышенные требования, при этом не важно, каким типом хранения (навалом или в контейнерах) располагается продукция. При закладке на хранение картофель проходит тщательную сортировку, так как всего один клубень пораженный, например, мокрой гнилью, за весь период хранения может испортить до нескольких тонн хорошего картофеля. Одной из самых больших головных болей для заведующего складом является усушка картофеля, которая может достигать трети от массы. Завскладом принял в хранилище 6000 тонн, а весной в них оказалось только 4000 тонн. (Неплохо так распродал зимой картофель, подумает руководство.) Для поддержания массы картофеля от высыхания картофельные хранилища периодически увлажняют. Но не все так просто: высокая влажность равна плесени и грибам. Поэтому хранилище надо проветривать, а зимой это делать сложно, так как есть риск испортить картофель, и он не взойдет на следующий год. Хорошо, что сейчас не середина прошлого века и в хранилищах уже много автоматики. Показатели температуры, влажности и др. можно посмотреть и скорректировать на экране компьютера или любого портативного устройства. Но это не исключает человеческого фактора: любой может проморгать что-то и сделать не вовремя, а потеря, например, 3 тонн первого полевого поколения равносильна потере 9000 тонн второй репродукции, которую еще можно продавать как семенную. Сейчас уже существует программное обеспечение, которое принимает решения самостоятельно, ориентируясь на достижение идеальных условий хранения.

В качестве примера можно привести компанию TECCO, предлагающую технологии зонального климатического контроля при хранении овощей и фруктов, а также, например, российскую систему АСУ Агрометр, разработанную Научно-исследовательской лабораторией автоматизации проектирования (НИЛ АП), выпускаемую под торговой маркой RealLab.

Источник Общая схема системы Агротерм.

Источник Закладка картофеля на хранение навалом.

Весной надо определить время, когда можно начать высаживать картофель. Для этого есть ряд условий, необходимых для роста корневой системы: температура 7-8^оС, но не воздуха, а земли и на глубине 10-12 см, где расположится основная часть корней. Обычно это определяется эмпирическим методом: наблюдение за погодой (среднесуточная температура воздуха равна и превышает 8^оС); выдвижение гипотезы, когда почва достигнет необходимых показателей; дедукция оценка различных гипотез; проверка результатов (замер показателей в поле). К такому показателю, как температура, добавляется ещё влажность почвы. В болото сажать крайне неудобно, да и вредно для будущего урожая. Таким методом оценки пользовались ещё пару десятилетий назад, но сейчас уже доступны компактные метеостанции и почвенные датчики влажности, все показатели, прогнозы и оценка можно посмотреть на портативных устройствах.

Американская компания IBM и The Weather Company разработали сервис по прогнозированию рисков возделывания агрокультур. Сервис учитывает данные о виде и сорте сельскохозяйственной культуры, а также о погоде в месте ее выращивания, после чего с помощью искусственного интеллекта предлагает оптимальные даты посева, рассчитывает стадии развития культур, оценивает вероятность массового размножения различных вредителей и болезней на конкретном поле. Сервис также не упускает из вида перенос спор, которые вызывают болезни. В России через дилеров представлены такие проекты, как Meteobot, Farmers Edge, FarmFacts. В России имеются и собственные проекты точного и локального метеопрогнозирования, например, Агроплатформа. Система умеет собирать и агрегировать показатели температуры и относительной влажности воздуха, солнечной радиации, скорости и направления ветра, количество осадков, показатели влажности листа и температуры почвы на глубине 5 см. Все собранные данные используются системой для расчета суммарного испарения, формирования погодных окон для проведения агротехнологических операций, подбора оптимальных культур и гибридов, прогнозирования погодных явлений на ближайшие 5 суток для полей конкретного хозяйства. Уже скоро настанет тот час, когда агрономы будут ходить на работу в деловых костюмах.


Источник Общий вид базовой метеостанции.

За посадками семенного картофеля следят более пристально, чем за обычным продовольственным. Так как такой картофель не предназначен для использования в качестве продовольствия и для переработки, количество химических обработок средствами защиты растений на нем возрастает. В России для продовольственного картофеля может быть 10-15 обработок за сезон, а на семенных посадках количество обработок с легкостью может превысить 20 раз за сезон.

Источник Посадка картофеля с использованием сцепки различных сельхозмашин.

Картофель хорошо растет на кислых почвах с pH 5,5-6,0 (это северные регионы с легкими торфянистыми почвами). Но также картофель чувствителен к чрезмерно кислой реакцией почвенной среды (pH ниже 5,5), вследствие чего урожайность падает. Поэтому следует проводить мелиоративные работы по известкованию таких почв и подбирать такие формы удобрений, которое давали бы физиологически щелочную реакцию или нейтральную. Негативно влияет также и повышенная щелочная реакция почвенного раствора pH выше 7,5. Это приводит к снижению урожайности и повышенной заболеваемости (например, паршой).

Источник Внесение извести под картофель.

Для обработки растений средствами защиты или внесения удобрений уже продолжительное время пользуются методами точного земледелия, в частности технологиями дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), к которым относят космоснимки и данные съемки с БПЛА (беспилотных летающих объектов) в видимом и мультиспектральном диапазоне. Использование ДЗЗ даёт возможность формировать точные карты границ полей агропредприятия, определять рельеф полей, анализировать процент всхожести посевов и развитие биомассы, эффективность применения средств защиты растений и удобрений. Состояние растений при использовании ДЗЗ определяется с помощью вегетационных индексов.

Вегетационный индекс показатель, рассчитываемый в результате операций с разными спектральными диапазонами данных дистанционного зондирования, и имеющий отношение к параметрам растительности в данном пикселе снимка. Эффективность вегетационных индексов определяется особенностями отражения. Расчет большей части вегетационных индексов базируется на двух наиболее стабильных участках кривой спектральной отражательной способности растений. Источник

На сегодняшний момент разработана методика расчета, и на практике применяется множество различных вегетационных индексов:

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) индекс биомассы растений;

EVI (Enhanced Vegetation Index) усовершенствованный вегетационный индекс; разработан как улучшение NDVI;

GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation Index) похож на NDVI за исключением того, что он вместо красного спектра измеряет зеленый в диапазоне от 0,54 до 0,57 мкм;

CVI (Chlorophyll Vegetation Index) - вегетационный индекс хлорофилла;

TCI (Temperature Condition Index) индекс температурного режима;

NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) показатель фотосинтетической активности растительного покрова, используемый для оценки концентраций азота в листьях растений;

ClGreen (Green chlorophyll index) относительный индекс хлорофилла;

NDWI (Normalized difference Water index) нормализованный разностный водный индекс;

NDMI (Normalized difference moisture index) нормализованный разностный индекс влажности;

LAI (Leaf Area Index) индекс листовой поверхности;

VCI (Vegetation Condition Index) индекс условий роста растений;

MVCI (The monthly vegetation condition index) сезонный индекс условий роста растений и др.

Подробнее ознакомиться с вегетационными индексами можно по ссылке.

Самым распространенным и широко применяемым из них является NDVI как наиболее устойчивый к разным факторам: типу съемочной аппаратуры, высоте Солнца и углу сканирования спутника, плотности атмосферы и др. Также данный индекс применяется при расчете некоторых других вегетационных индексов.

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) нормализованный относительный индекс растительности простой показатель количества фотосинтетически активной биомассы. Этот индекс вычисляется по поглощению и отражению растениями лучей красной и ближней инфракрасной зоны спектра. Значения индекса для растительности лежат в диапазоне от 0,20 до 0,95. Чем лучше развита растительность во время вегетации, тем выше значение NDVI. Таким образом, NDVI это индекс, по которому можно судить о развитии зеленой массы растений во время вегетации.

Источник Мультиспектральный снимок (NDVI), нанесенный на визуальную карту полей.

Источник.Спектр отражения растений.

На российском рынке все больше компаний предоставляют услуги по мультиспектральной съемке. В качестве примера можно привести группу компаний ZALA AERO, которая входит в концерн Калашников. По результатам ее работы можно получить карты вегетационных индексов (NDVI, PVI, WDVI, SAVI, LAI и др.), по которым можете оценить продуктивность сельхозугодий, а именно состояние растений, содержание влаги, содержание азота, содержание хлорофилла, прирост биомассы.

На основе данных о стадии роста растений, широкого списка почвенных и погодных данных, а также мультиспектральных снимков, показывающих развитие растений, можно принимать решение о необходимости проведения работ по защите растений или внесению удобрений, а также использовать технологию дифференцированного внесения Variable rate technology, при которой каждому участку поля в зависимости от его потребностей вносится необходимое количество средств защиты растений или удобрений.

В широком смысле технологию дифференцированного внесения можно разделить на два принципиальных подхода: online и offline.

В первом варианте на трактор или самоходную машину устанавливается сенсо-спектрометр (GreenSeeker, CropSpec). Использование данных сенсоров позволяет в реальном времени, без предварительной загрузки карт полей в бортовой компьютер с/х техники сканировать территорию по ходу движения, рассчитывать необходимые вегетационные индексы и регулировать норму внесения СЗР или удобрений.

Во втором случае нормы внесения по каждому участку поля определяются заранее, и техника работает по уже введенной программе со всеми расчетами. Именно она предполагает всестороннюю аналитику и составление карт-заданий.

Во всех случаях есть как недостатки, так и преимущества. Специалисты сходятся во мнении, что на ранних и этапах развития растений эффективнее применять offline-технологию, а при более сильном развитии биомассы хорошо работает online-технология.

На российском рынке уже присутствует техника, позволяющая вносить сухие и сыпучие удобрения дифференцированным методом. Это, например, разбрасыватели удобрений компании Amazone ZA-TS, ZG-TS, Z-AM, Kverneland Exacta TL GEOSPREAD, KUHN AXIS и др.

Разбрасыватели удобрений Amazone ZA-TS

При дифференцированной обработке полей средствами защиты растений (жидкие) самоходными или прицепными машинами также необходимо учитывать размеры растений, степень поражения или наличие сорняков если обработка ведется гербицидами.

Распределение СЗР по полю осуществляется опрыскивателями через систему насоса и форсунок. Но проблема в том, что форсунка с определенным диаметром сопла эффективно работает лишь в ограниченном диапазоне давления. А увеличение давления (иногда существенно, если норма увеличилась) ведёт к изменению размера капли в факеле распыла, так как диаметр сопла постоянен, что прямо влияет на качество обработки.

Выходом может служить система автоматического переключения форсунок при изменении давления в системе. Для работы с дифференцированным внесением на опрыскиватель устанавливают систему автоматического переключения потока между форсунками (установленными по несколько штук в одном корпусе) в зависимости от значения давления. Например, система AmaSelect позволяет вне диапазона оптимального давления автоматически переключать работу внутри блока на более мелкую или крупную форсунку, а также подключать несколько форсунок одновременно. Это позволяет изменить норму внесения СЗР до 300% в течение нескольких секунд и без потери качества.

Есть и другие интересные решения для дифференцированного внесения СЗР, например, флуоресцентные датчики (AmaSpot, WeedSeeker, WeedIT), которые распознают пигмент хлорофилла. Иными словами, реагируют на зелёное. Такие системы позволяют распределять средства защиты растений с максимальной эффективностью при одновременном снижении нормы расхода препаратов, т.е. помогают избежать обработки всей поверхности поля гербицидом сплошного действия и внести его лишь там, где есть сорняки или падалица зерновых.


Источник Дифференцированная обработка поля на основе карт развития растений по вегетационным индексам.

Все перечисленные методы внесения удобрений и обработки растений средствами защиты хорошо работают при обработках всего поля и профилактических обработках. Для выявления и купирования очагов заражения болезнями или вредителями на ранних стадиях можно использовать БПЛА совместно с машинным зрением. Это позволяет проводить точечную обработку химическими или биологическими препаратами для предотвращения дальнейшего распространения заразы.

Источник БПЛА с баком для СЗР и системой форсунок для обработки растений.

Во время цветения картофеля проявляются все морфологические (внешние) признаки, позволяющие с максимальной точностью определить сорт. На этом этапе проводится апробация.

Апробация сортовых посадок картофеля объективная государственная оценка семеноводческих плантаций. С ее помощью осуществляют контроль за соблюдением всех необходимых семеноводческих и защитных мероприятий при выращивании семенного картофеля, определяют подлинность сортов, проводят учет сортовых посевов и устанавливают их качество.

Привожу дословную цитату с сайта зооинженерного факультета РГАУ-МСХА (да, именно с зоофака, не знаю, почему она там располагается), так как она мне показалась более доступной для понимания.

Апробация проводится сотрудниками ФГБУ Россельхозцентр с привлечением аккредитованных лиц, имеющих право проводить эти процедуры. По факту апробации Россельхозцентром выдаются акт апробации и сертификат соответствия, подтверждающий посадку картофеля определенного сорта и заявленную репродукцию.

Уборка семенного картофеля проходит раньше, чем продовольственного: до увядания надземной части (ботвы), примерно во время цветения. К этому моменту уже сформировалось максимальное количество клубней, и они уже достаточного размера для хорошей сохранности. Примерно за 10-14 дней до начала уборки проводят дисикацию посадок. Данная процедура заключается в обработке ботвы картофеля препаратами, которые угнетают клетки, и растение начинает высыхать, что в свою очередь стимулирует отток питательных веществ из листьев к клубням, а также упрощает работу уборочных машин.

Источник Обработка десикантами с применением специализированной авиации.

Источник Картофельное поле после обработки десикантами..

Уборка картофеля начинается с конца июля для ранних сортов и может продлиться до первого снега. Для уборки могут применять как самоходные, так и прицепные комбайны, которые за один проход убирают от 1 до 4 гребней картофеля. Большинство крупных производителей тракторов и сельхозтехники уже предлагают собственные решения автоматических систем вождения, например, системы ATU 300 от John Deere, которые эффективно применяются как при обработке почвы, так и на посадочных и уборочных работах.

Также есть решение российских разработчиков систем для беспилотных машин, в том числе и сельскохозяйственной техники Cognitive Pilot.


Ну вот и подошел к концу мой краткий перечень современных технологий, которые применяются в картофелеводстве.

В заключение хотелось бы добавить, что ЛАНИТ уже не один год работает на сельскохозяйственном рынке и успешно выполняет проекты по цифровой трансформации отрасли. В конце прошлого года мы по заказу Минсельхоза России разработали концептуальные основы национальной платформы Цифровое сельское хозяйство, также командой наших специалистов подготовлена рыночно-аналитическая карта рынка сельского хозяйства. Эта карта поможет потенциальным поставщикам составить базовое представление о рынке, оценить собственные ресурсы, предложить новые востребованные сервисы. Сейчас, совместно с Центром технологического трансфера НИУ Высшей школы экономики мы проводим большую исследовательскую работу по изучению научных заделов, правовых и экономических аспектов современной агротехнологии, а также организуем взаимодействие между субъектами сельскохозяйственного производства и представителями других отраслей в цепочке производство реализация.

Сельское хозяйство стоит на пороге пересмотра применяемых подходов и технологий. Вероятно, это не будет полноценная индустриальная революция, но на вторую аграрную, как минимум, претендовать может. Диалог сельского хозяйства и цифры, скорее всего, позволит добиться эффективного решения насущных вопросов, связанных со сбалансированным потреблением, здоровьем населения и экологией, ведь первые ростки грядущих изменений уже показались.

После публикации моей статьи про картофель в комментариях был поднят вопрос о вкусе домашних, выращенных в парниках на приусадебном участке, и промышленных томатов.

Промышленное выращивание овощей, в том числе томатов, происходит в открытом грунте в южных регионах нашей страны, а так как большая часть России находится в зоне рискованного земледелия, то для получения урожая не обойтись без сооружений для защиты грунта от неблагоприятных погодных условий теплиц. В этой статье мы поговорим о технологиях, которые используются в промышленном растениеводстве, и о том, какие шаги необходимо предпринять, чтобы вырастить эталонные томаты.

Источник

Какие бывают теплицы

Теплица это защитное сооружение, предназначенное для выращивания по сути всех форм и видов растений. Но есть дополнительная деталь, которая позволяет называть теплицы теплицами. Это отопление.

По назначению и использованию теплицы можно разделить на категории:

1. Производственные (промышленные теплицы по площади от 3 га и более, предназначенные для выращивания овощей, цветов и прочего) и фермерские (теплицы, площадь которых варьируется в диапазоне от 0,2 до 2 га).
2. Есть теплицы для проведения селекционных работ и под репродукционные работы.
3. К группе специализированных теплиц можно отнести зимние сады, оранжереи, вегетарии и даже торговые центры (Greenshop), например, садовые отделы магазинов OBI или подобные.
4. В последнюю группу выделяются теплицы, работу которых разберем подробнее, фитотронно-тепличные комплексы или тепличные комплексы, работающие по методу малообъемной гидропоники или промгидропоники.

На сегодняшний день существуют пять поколений теплиц, хотя в некоторых источниках уже говорится о теоретических разработках шестого поколения. Самое широкое распространение в мире занимают теплицы четвертого поколения. Они массово строятся уже на протяжении последних 20 лет. Именно в них в промышленности массово начали применять технологию малообъемной гидропоники.

Основной моделью промышленных теплиц на сегодняшний день является многопролетная блочная теплица типа Venlo.

Источник. Блочная теплица типа Venlo

Площади тепличных комбинатов могут достигать сотен гектар. В России самым большим тепличным комплексом является агрокомбинат Южный, который занимает площадь в 144 га.

Источник. Агрокомбинат Южный

Современные тепличные комплексы, как правило, состоят из нескольких основных блоков:

• административное здание,
• сервисная зона,
• склады средств защиты растений (СЗР) и удобрений,
• энергоцентр,
• производственные блоки, состоящие из отдела водоподготовки, растворного узла, рассадного отделения,
• тепличный блок (основная и самая большая часть).

Источник. Рассадное отделение


Источник. Энергоцентр: общий вид и вид крыши, на которой установлены сухие градирни

Блочные теплицы типа Venlo могут иметь пролет (расстояние между опорными колоннами) от 8 до 12,8 м, а высота колонны 6 м.

Источник. Конструктивные элементы блочной теплицы

Микроклимат теплицы

Микроклиматом теплицы можно назвать совокупность всех физических параметров воздушной среды и среды корнеобитания. Регулирование микроклимата производится оборудованием систем отопления, вентиляции, полива, питания, подачи углекислого газа, освещения. При регулировании настроек микроклимата всегда надо учитывать влияние внешних климатических факторов, а также фитоценоза (фитоценоз растительное сообщество, характеризующееся определенным составом и взаимоотношениями между растениями и окружающей средой). Проще говоря, растительная масса в процессе жизнедеятельности также нагревает окружающее пространство и при значительном объеме замедляет воздухообмен.

Система отопления предназначена для поддержания необходимого температурного режима в тепличном блоке, в качестве теплоносителя используется вода. Нагрев воды происходит в газовых котлах и когенерационных установках (Когенерация процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии). Подача теплоносителя от котлов в теплицы осуществляется через смесительную гребенку на четыре контура:

• подлотковый расположен под самой крышей и обеспечивает снеготаяние при интенсивном выпадении осадков;
• контур верхнего обогрева регулирует температуру в верхней части теплицы для исключения проникновения холодного воздуха при резких понижениях наружной температуры и открывании системы проветривания (фрамуг);
• зональный регулирует температуру и влажность в зоне роста растений;
• контур нижнего обогрева основной регулирующий контур, который формирует заданный тепловой режим в теплице. Еще он используется как рельсы для перемещения тележек для ухода за растениями и сбора урожая.

Источник. Газовые котлы

Источник. Смесительная гребенка

Источник. Нижний контур обогрева с установленными на него тележками

Система вентиляции позволяет осуществлять естественный воздухообмен через вентиляционные проемы в крыше тепличного блока. Открытие фрамуг предусмотрено во всех пролетах теплицы, площадь вентиляционных пролетов может доходить до 25% площади всей кровли. Вентиляция обеспечивает поступление наружного воздуха в теплицу для поддержания допустимой температуры воздуха в период повышенной солнечной активности.

Система зашторивания предназначена для создания затенения при избыточной солнечной активности в весенне-летний период, а также для сохранения тепла в ночное время и в период сильных холодов. Система располагается под крышей теплицы, а также на боковых стенах.

Источник. Система зашторивания

Система испарительного доувлажнения воздуха позволяет повышать влажность воздуха за счет мелкодисперсного распыления воды через систему форсунок. Использование в системе форсунок с дисперсностью распыла в 100 микрон позволяет избежать образования на растениях капель воды, которые могут привести к ожогам растений, так как будут действовать как увеличительные стекла.

Система рециркуляции воздуха. Здесь все просто, установленные осевые вентиляторы перемешивают весь объем воздуха в теплицы для выравнивания температурного режима и влажности во всем объеме.

Система подачи углекислого газа. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности растениям необходимо более высокое, чем человеку, содержание углекислого газа в воздухе. Для использования в тепличных комплексах существует два источника двуокиси углерода: сжиженный газ и отходящие от котельной газы (дымовые), для использования которых применяют специализированное оборудование, состоящее из конденсатора, дозатора и контрольной аппаратуры.

Все вышеперечисленные системы позволяют создать оптимальные условия воздушной среды. Но для запуска в растениях одного из важнейших процессов фотосинтеза еще необходим свет, влияющий также на темпы роста, развитие и урожайность выращиваемых растений. На большей территории нашей страны его не хватает. В защищенном грунте применяют два способа освещения растений в условиях, когда солнечного света недостаточно:

• досвечивание (дополнительный источник света к естественному освещению),
• светокультура, когда лампы являются единственным источником света. В качестве источников света применяются светильники с натриевыми лампами высокого давления (ДНаТ, ДНаЗ) мощностью от 400 Вт, а также светодиодные светильники LED сине-красного или белого спектра.

Источник. Досвечивание растений лампами ДНаТ

Источник. Досвечивание растений LED-лампами сине-красного спектра

Источник. Общий вид тепличного комплекса с включенной системой досвечивания с использованием натриевых ламп

Источник. Общий вид тепличного комплекса с включенной системой досвечивания с использованием LED-ламп

Вода, как источник жизни на земле, также необходима растениям. Для этого в тепличном комплексе предусмотрена система капельного полива растений, которая позволяет поставлять необходимое количество воды прямо к корням каждого растения. Одной воды для роста растений недостаточно, поэтому в систему капельного полива встраивают систему питания растений комплексом минеральных удобрений. В комплект оборудования для системы капельного полива и питания растений входит:

• узел для приготовления питательных растворов с дозатором и насосами капельного полива, а также емкость для приготовления и хранения маточного раствора (маточный раствор в сельском хозяйстве концентрированный, малообъемный раствор, заготавливаемый для последующего разведения в большем количестве воды и применения в работе);
• распределительная сеть капельного полива, состоящая из магистральных каналов, микротрубок и капельниц с заданным пропускающим объёмом;
• емкости для подготовки и хранения воды;
• установки очистки дренажной воды для повторного использования;
• емкости для сбора и хранения дренажной воды перед повторным использованием.

Данные системы и технологии применяются в теплицах четвертого поколения. Теплицы пятого поколения можно назвать глубоко усовершенствованной разновидностью теплиц типа Venlo. В теплицах пятого поколения применена технология, разработанная ещё в 2006 году, Ultra Clima. Благодаря данной технологии теплицы пятого поколения превосходят предыдущее поколение по целому ряду параметров:

• теплица поддерживает в любой период времени года идеальный микроклимат;
• теплица позволяет экономить затраты на отопление;
• теплица в любой период времени может поддерживать оптимальный уровень СО2;
• теплица защищена от проникновения вредителей;
• в теплице Ultra Clima не происходит застоя воздуха. Это препятствует развитию заболеваний благодаря пленочным рукавам, расположенным под каждой грядкой. Более подробно про теплицы пятого поколения и технологию Ultra Clima можно узнать из видео, подготовленного компанией Лаборатория инженерных систем, которая с начала 2017 года является правопреемницей НПФ ФИТО и входит в состав группы компаний ФИТО.

Создав в теплице оптимальный микроклимат, воздушно-газовую смесь, заменив солнце электрическим светом, вы подготовили правильное питание. Теперь сюда надо поместить наши растения. В современных овощных теплицах широко распространена лотковая система выращивания овощей по малообъемной технологии.

Лотки изготавливаются на месте и подвешиваются по всей длине блока теплицы. Профиль лотка позволяет собирать дренажные растворы и перенаправлять их в емкости для сбора. При монтаже лотков создается уклон 0,2%, достаточный для отвода дренажных вод.

Источник. Схема профиля лотка

Источник. Подвесные лотки с расположенными на них матами с растениями

По всей длине лотков на них располагаются маты с субстратом (в нашем случае субстратом будет служить минеральная вата), на котором расположатся растения. При данном методе выращивания субстрат необходим для закрепления корневой системы и влагоудержания. Данную методику называют малообъемной, так как для полноценного развития томатов или огурцов требуется от двух до четырех литров субстрата на весь цикл роста растений.

Немного про минеральную вату. Минеральная вата, которую еще называют каменной ватой, производится из базальтовых горных пород или сходных с ними диабазов. Измельченную горную породу смешивают с коксом и доводят до температуры плавления в 1600^оС. Затем из расплавленной массы делают волокна. В общем процесс чем-то схож с производством сахарной ваты. Первой использовать минеральную вату в качестве субстрата для растений стала датская компания Гродания AG. Применение минеральной ваты, благодаря её нейтральной среде, позволяет агроному точно контролировать количество воды и минеральных веществ, поступающих к растению. Самым крупным производителем минеральной ваты на сегодня является группа ROCKWOOL и, в частности, входящая в её состав компания Grodan.

Источник. Мат с минеральной ватой фирмы Grodan

Система подачи питательного раствора к корням растений, описанная выше, относится к одному из пяти методов гидропоники, применяемых в промышленности (по Тараканову Г.И., 1982).

• Агрегатопоника вышеописанный метод выращивания растений на твердых субстратах (в нашем случае минеральная вата), обладающих небольшой влагоемкостью с периодической подачей минеральных удобрений.
• Водная культура при которой корни растения постоянно или периодически погружены в питательный раствор (широко применяется для выращивания салата).
• Хемопоника метод близок к выращиванию растений на почвосмесях. В качестве субстрата при данном типе выращивания используют сфагновый мох, древесную кору, опилки, рисовую шелуху, отходы хлопчатника, кокосовую стружку и др.
• Ионитопоника совершенно новый метод. Растения выращиваются на субстрате, состоящем из двух типов ионообменных смол: катионита КУ-2 и анионита ЭДЭ 10П. Оба ионита не разлагаются при воздействии кислорода, света и при обычной температуре. В отличие от агрегатопоники питательные вещества находятся в субстрате, поэтому поливают только водой. По факту данный субстрат является искусственной почвой.
• Аэропоника более развитая модификация гидропоники (в данной классификации водной культуры), при котором корни растения находятся не в водной среде, а в воздушно-капельной среде и имеют постоянный доступ к кислороду, что фактически исключает удушье растений.

Как вырастить томаты в защищенном грунте: основные шаги

Первое, с чего необходимо начать, это правильно подобрать гибрид для выращивания. Основные требования к гибридам для выращивания в защищенном грунте: они должны быть высокопродуктивными, раннеспелыми, с комплексом устойчивости к болезням (ToMV; Ff 1,2,3; V; F 1,2; On). Плоды хорошо завязывается в условиях пониженной освещенности и должны обладать высокими товарными качествами, быть выровненными по размеру и форме, вкусными, высокоурожайными и подходящими для транспортировки.

Выбрав гибриды, необходимо подготовить все помещения и оборудование для выращивания. Помимо обычной уборки после предыдущих растений происходит обработка от грибной и бактериальной инфекции, а также вирусов, которые могли появится ранее. Для примера, систему и баки для маточного раствора могут промывать 5%-ным раствором препарата Виркон С, пластиковые кассеты для рассады замачивают в 1%-ном растворе препарата Вироцид, и, конечно, после всех процедур оборудование промывают чистой водой.

После всех этапов подготовки переходим непосредственно к выращиванию. Для этого в ячейки кассеты для рассады раскладываем небольшие пробки из минеральной ваты и насыщаем их водой. В каждую ячейку на пробку выкладываем семя томата и присыпаем небольшим количеством влагоудерживающего материала (перлит, вермикулит и др.). Кассеты с семенами устанавливаются на тележки и закатываются в камеры для проращивания. В специализированных камерах для проращивания, которые внешне похожи на промышленные холодильники, устанавливаются условия (повышенной температуры и влажности), которые позволяют ускорить процесс прорастания семян. Подросшие и окрепшие растения из камеры проращивания вместе с пробкой переставляют в кубики из минеральной ваты, которые в свою очередь расставляются по столам в рассадном отделении. Для поддержания влажности и поступления питания к молодым растениям специальные столы, которые имеют бортик, затапливают питательным раствором, тем самым насыщая им кубики с растениями.

Источник. Пробка из минеральной ваты

Источник. Стандартная кассета на 240 ячеекс предустановленными пробками

Источник. Кубик из минеральной ваты

Источник. Общая схема перемещения рассады

Весь процесс выращивания рассады происходит в выделенном помещении (рассадное отделение). После завершения цикла развития рассады ее перемещают в основной блок теплицы на постоянное место, перед этим за 4-5 суток температуру в основном блоке поддерживают на уровне 19^оС.

После перемещения растений в кубиках из рассадного отделения в основной блок их расставляют на маты, к каждому растению подводят капельный полив с питательным раствором. От каждого растения к верху теплицы натягивается шпагат, за который растение будет держаться пока растет.

Здесь хочу сделать небольшое отступление и немного рассказать о технологии прививки томатов (так же прививать могут и огурцы). Суть прививки в том, чтобы взять два гибрида: один из них будет давать томаты в большом количестве, но его корневая система слаба и не может раскрыть весь потенциал растения. Поэтому корневую часть берут от другого растения, и две эти части соединяют. Процесс прививки происходит на раннем этапе рассады. Он очень трудоемкий и может привести к большим потерям растений, которые не пережили такую операцию. Поэтому не многие предприятия применяют данную технологию. На сегодняшний день уже есть машины, позволяющие проделывать данную процедуру в автоматическом режиме за исключением подачи растений, но они ещё не получили массового распространения.

Вернемся к жизненному циклу растений и тем процедурам и операциям, которые проводят в этот период.

Высота шпалеры, к которой привязывают шпагат для роста растений, не превышает 6 м, а гибриды томатов используемые в защищенном грунте могут вырастать до 16-17 м. Соответственно, для того, чтобы растению было куда расти, запас шпагата сверху на шпалере немного приспускают, тем самым опускают всё растение, и у него появляется дополнительное место для роста вверх. К концу вегетации снизу у лотков скапливается большое количество скрученных стволов растений, с которых уже убрали всю лишнюю листву.

Во время вегетации растение подвержено различным заболеваниям, а также появлению вредителей, которые могут залетать во время проветривания. Для защиты растений применяют как химические препараты, так и биологические средства защиты, к которым относятся биопестициды и энтомофаги. Для внесения жидких средств защиты растений на листья во многих современных комплексах применяют специализированное оборудование (на видео робот-распылитель Qii-Jet TAV-342).

Для защиты от насекомых-вредителей всё чаще применяются энтомофаги (насекомые хищники, которые не вредят растениям, но поедают вредных для нас насекомых), их покупают у специализированных предприятий по их разведению. Также ведется специальная селекция для улучшения характеристик таких насекомых.

Источник. Диглифус изеа Digliphus isaea

Источник. Хищный клоп Macrolophus pygmaeus

Насекомых-энтомофагов применяют не только при появлении вредителя, но и для профилактики. При этом, чтобы поддержать популяцию энтомофагов без естественных источников питания, приобретается специальный корм, который также способствует повышению жизнеспособности и интенсивному развитию.

Вырастив здоровое и сильное растение, создав ему все условия и защитив от болезней и вредителей, мы все еще можем не получить урожай. Для завязывания плодов томата необходимо провести опыление его цветков. В открытом грунте этим занимаются пчелы, поэтому для закрытого грунта специально разводят шмелей, и улья с ними расставляют по блокам тепличного комплекса, где необходимо начинать опыление.

Источник. Улей для со шмелями

Для регулирования количества шмелей в ульях перекрывают один из двух выходов. Но так как в каждом блоке теплиц может располагаться много ульев и они расположены друг от друга на достаточном удалении, данный процесс может затянутся во времени. Для решения этой проблемы применяются системы автоматического закрывания ульев, которые реагируют на освещение или другие параметры, а также могут управляться удаленно.

В регионах планеты, где есть сложности со шмелями, долгое время это приходилось делать вручную. Сейчас австралийская компания Arugga AI Farming разработала робота, который самостоятельно при помощи искусственного интеллекта распознает цветки и опыляет их.

После опыления цветков завязываются плоды и начинается процесс созревания. Есть гибриды томата с небольшими кистями, на которых плоды созревают примерно в одно и то же время, и это позволяет собирать кисть целиком. На других гибридах томаты в кисти созревают неравномерно: сначала те, что ближе к основному стволу растения, так как питательные вещества поступают к ним быстрее. Сбор томатов осуществляется рабочими вручную, созревание контролируется с помощью оценки интенсивности окраски плода.

Для оценки потенциальной урожайности и расчета времени начала уборки урожая в ближайшем будущем будут использовать роботов и технологии искусственного интеллекта, которые сейчас уже разработаны и проходят процесс корректировки и повышения точности (на видео робот для сбора штучного томата от Root AI; робот для сбора урожая томатов от стартапа Metomotion). К таким роботам также можно отнести разработку Нидерландской компании Berg Hortimotive Group робот Plantalyzer. Он автономно пробегает по теплице и целенаправленно фотографирует помидоры. Программное обеспечение и алгоритмы Vision оценивают зрелость плодов и преобразуют изображения в надежную и точную оценку урожая. Такие роботы по сбору урожая работают в разы медленней человека, но их точность стремится к 100%. При этом они могут работать 24/7.

Собранный урожай складывается в ящики на тележках и паровозиком транспортируется в зону хранения или упаковки.

Источник. Транспортировка готовой продукции в зону хранения

Также уже применяются и автоматические транспортировочные тележки, которые самостоятельно перемещаются между тепличным блоком и складским помещением.

Цифровые решения для растениеводства

Из-за больших затрат на отопление, освещение и другие процессы при круглогодичном производстве овощей в защищенном грунте, а также из-за огромного количества параметров и процессов, которые требуют постоянного контроля, такое направление, как растениеводство среди первых начало применять цифровые решения в своей практике.

Одним из самых распространенных решений для управления тепличным комплексом является оборудование и программное обеспечение компании Priva. Программа Priva Office Direct для контроллеров Compass, Compact CC, Connext используется для контроля климата, энергосбережения и водопотребления в теплицах. Теплица разделяется на блоки климатические зоны. Для каждой климатической зоны (блока) можно устанавливать свои сценарии управления системами климат-контроля:

• системы отопления;
• систему форточной вентиляции;
• систему циркуляционных вентиляторов;
• системы горизонтального и вертикального зашторивания;
• систему увлажнения и охлаждения;
• систему подачи СО2;
• система искусственного досвечивания.

Для управления климатом в теплице требуется установка метеорологической станции. Она нужна для контроля внешних параметров: температуры, скорости и направления ветра, солнечной радиации, наличия осадков, объема снега. Для управления ирригацией в теплице выбираются также разные стратегии, исходя из потребностей теплицы.



Источник. Программное управление Priva Office Direct

Для повышения эффективности труда и снижения производственных затрат компания Priva создала роботизированные системы. Например, это робот Kompano для удаления листьев.

Источник. Робот Kompano для удаления листьев

Сейчас компания Priva позволяет управлять своими сервисами Priva Operator, Priva Alarms и Access Control через единый облачный сервис Priva Connected.

Также широкое распространение на рынке получили решения DrainVision и PhytoVision для мониторинга роста и развития растений от компании Paskal.

DrainVisio оценивает уровень напитки субстрата (через измерение веса мата), строит графики объема и частоты поливов, объёма и частоты дренажа, а также процентного соотношения объема дренажа от полива. Решение непрерывно контролирует остаточный уровень удобрений, которые не усвоили растения.

Источник. Схема устройства системы мониторинга DrainVision

Источник. Фото устройства системы мониторинга DrainVision

PhytoVision мониторинг роста растений на основе климатических данных.

Источник. Схема устройства системы мониторинга PhytoVision

Компания Grodan, крупнейший производитель субстратов из минеральной ваты, разработала систему GroSens, которая в режиме реального времени создает отчет о состоянии субстрата из каменной ваты (включает показатели содержания воды, концентрации солей, температуру и др.). Grodan также на своей базе разработала аналитическую программную платформу для обработки всего массива данных, поступающих от датчиков теплицы и данных об урожае, формируя на их основе умные рекомендации по стратегии выращивания.

При объединении всех вышеупомянутых технологий, систем и роботов в одном месте уже на сегодняшний день можно получить практически полностью автоматическую теплицу, но это история хотя и недалекого, но будущего. Сейчас часть из этих роботов и технологий искусственного интеллекта находится на этапе развития и пока еще стоит очень дорого. Полностью положиться на них фермеры не решаются из-за больших рисков. Поэтому в тепличных комплексах до сих пор трудится много людей. Для распределения заданий и отслеживания процесса и результатов работы применяются системы отслеживания труда. Принцип работы системы простой: у каждого сотрудника есть идентификационная карта. Приходя на работу, сотрудник получает сканер и регистрируется в системе. Перед заходом в междурядье сотрудник сканирует QR-код или RFID-метку рядка, в котором будет проводить работу, указывает тип работы. Например, сотрудник будет проводить сбор урожая. Соответственно, после прохода всего рядка работник взвешивает тележку с собранным урожаем и указывает в системе, сколько получилось. Такое отслеживание работ позволяет в реальном времени иметь конкретизированную по месту оперативную информацию.

Сельское хозяйство становится умнее. Сегодня создание и обслуживание промышленного тепличного комплекса это не простой сельскохозяйственный проект, а в первую очередь проект сложный и высокотехнологичный. Более того, подобные задачи, как правило, требуют системного подхода и разносторонней экспертизы, а это не всегда могут предложить узкоспециализированные компании или сельскохозяйственные стартапы. Задача компании ЛАНИТ-Интеграция, в которой я работаю, использовать и создавать по-настоящему эффективные решения, соответствующие целям заказчика. Современная теплица пример такого решения, и его реализация под силу теперь только игрокам с наработанной экспертизой в области ИТ и цифры.

В последней версии Intangi Iris (5.5) появился новый функционал Wireless View for Predictive Analysis. Он позволяет проводить моделирование покрытия Wi-Fi. В сравнении с топовыми продуктами для Wi-Fi радиомоделирования (Ekahau, MetaGeek и пр.), которые мы обычно используем у себя в ЛАНИТ-Интеграции, функционал в Intangi Iris крайне скудный, но при этом достаточный для приблизительной оценки необходимого количества точек доступа Wi-Fi: возможно смоделировать только уровень сигнала в диапазонах 2.4 и 5 ГГц. В этой статье мы подробнее рассмотрим, в чем особенности нового функционала в Intangi Iris.

Источник

Intangi Iris это бесплатная платформа, позволяющая осуществлять дизайн проектов компьютерных сетей, составлять конфигурации и спецификации оборудования таких вендоров, как APC, Aruba, Cisco, Extreme, Fortinet, HPE, Ruckus.

Процесс моделирования типичен для подобных средств. Условно его можно разбить на три основных этапа:

• импорт плана и его калибровка (установка масштаба);
• отрисовка стен и препятствий;
• расстановка и настройка точек доступа Wi-Fi.

Остановимся на каждом из них.

Импорт плана

Для добавления плана необходимо в режиме Wireless View выбрать соответствующую опцию Add Floorplan. Там же можно повторно установить масштаб плана (Scale Floorplan).

Intangi Iris. Меню Wireless

Можно добавлять планы только в форматах изображения (PNG, BMP, JPEG и пр.). К сожалению, нельзя использовать планы в PDF или DWG. Это сильно ограничивает, т.к. обычно для отображения технических планов зданий используют именно эти форматы. Также к минусам можно отнести то, что импортировать возможно только один слой (этаж). Выполнить проект многоэтажного здания и оценить уровень сигнала со смежных этажей не получится.

Отрисовка стен и препятствий

Отрисовка стен и препятствий происходит в режимах Wall Mode и Obstacle Mode. Intangi Iris содержит уже готовый набор стен и препятствий с предустановленным уровнем затухания. Цветовая гамма стен схожа с Ekahau. При необходимости можно добавить свой элемент (unknown).

Intangi Iris. Режим Wall Mode

Intangi Iris. Меню Manage Materials

Расстановка и настройка точек доступа Wi-Fi

Для добавления точки доступа Wi-Fi на план нужно выбрать необходимую модель из каталога и уточнить ее положение на плане. После добавления точки доступа Wi-Fi на плане (в режиме Heatmap Mode) будет отображаться ее зона покрытия.

Intangi Iris. Отображение зоны покрытия точки доступа

Для настройки точки доступа (в закладке Wireless Attributes) доступны следующие опции:

• тип и высота установки;
• номер и ширина радиоканала;
• стандарт работы радиомодуля (802.11 n/ac/ax).

Intangi Iris. Меню настройки точки доступа

Недоступность для настройки уровня сигнала радиомодуля (Transmit Power) огромный минус. Уровень сигнала всегда выкручен на максимум для данной модели точки доступа. Это не дает возможность правильно оценить зону покрытия точки доступа для сценариев высокой плотности (HD Wi-Fi) или Voice, где уровень сигнала точки доступа значительно снижен по сравнению с максимальным.

Сравним результаты моделирования в Intangi Iris с идентичным проектом в Ekahau. Как видно из сравнения, результаты моделирования практически идентичны. Можно сказать, что Intangi Iris проводит достаточно точное моделирование.

Результаты моделирования в Intangi Iris и Ekahau

Выводы

Для полноценного Wi-Fi радиомоделирования Intangi Iris, конечно, не пригоден ввиду ограниченного функционала. Однако он может быть востребован pre-sale инженерами или неквалифицированными специалистами для быстрой оценки необходимого количества точек доступа в случаях отсутствия конкретных требования к Wi-Fi или требований чтобы был. Неоспоримым плюсом Intangi Iris является его доступность платформа бесплатная и доступна каждому. Будем надеяться, что Intangi в дальнейшем будет развивать данный функционал и он станет альтернативой устоявшимся средствам моделирования Wi-Fi.