Челябинск. Разработана математическая модель управления городскими фермами

Аспирант Южно-Уральского госуниверситета Андрей Блинов создал интеллектуальную систему мониторинга и управления сити-фермой, которая позволяет минимизировать затраты при выращивании овощей и фруктов в городских условиях. Проект победил в конкуре "УМНИК", получив грант Фонда содействия инновациям на развитие перспективной идеи.

- Городское фермерство сегодня становится новым трендом, - объясняет суть разработки автор. - Вначале оно получило распространение за рубежом, что объяснимо дефицитом свободных земель и дороговизной ресурсов на Западе. Однако и у нас это направление постепенно стало набирать силу.

По сути, сити-ферма - это огород, но не в дачном кооперативе, а… в жилых кварталах с плотной застройкой. При желании ее можно организовать даже в квартире, используя технологии замкнутого цикла, гидропонику (когда вместо обычного грунта применяют субстрат - вермикулит, агроперлит, керамзит, кокосовую стружку) или аэропонику (при этом для орошения корней растений используется распыленная до состояния аэрозоли вода).

Правда, "квартирное" фермерство больше напоминает хобби и служит скорее для декоративных целей. Если же говорить о бизнесе, промышленном производстве, для этого больше подходят крыши домов или незанятые подвалы многоэтажных зданий. Однако это направление пока не всегда рентабельно. Более того, около 80 процентов сити-ферм оказываются в минусе из-за высоких расходов на электроэнергию, воду и другие ресурсы. И смысл разработки челябинского вуза в том, чтобы сократить затраты, сделав подход к такому растениеводству умным.

- Наша система управления и мониторинга включает аппаратные средства - датчики окружающей среды и программные - веб- и мобильное приложения, облако, программное обеспечение микроконтроллера, - объясняет Андрей Блинов. - Действует все это следующим образом: данные о состоянии окружающей среды с датчиков передаются на микроконтроллер, затем в облако, откуда пойдут в веб- или мобильное приложение. Таким образом, владелец фермы будет всегда иметь информацию о влажности и температуре воздуха, почвы, общей минерализации и уровне воды, содержании углекислого газа и т. д. Соответственно, сможет подавать команды, чтобы "механика" скорректировала процесс. 

Впрочем, точечное управление далеко не главная фишка проекта, а лишь одна из возможностей. Основная цель - вывести из производственного процесса человека (по крайней мере, свести его участие к минимуму), сделать систему автономной и, что важно, комплексной. Элементы автоматизации и сегодня применимы в работе сити-ферм, хотя используются преимущественно за рубежом: опустилась, скажем, температура или влажность в городском огороде ниже комфортных значений - тут же электроника посылает сигнал автоматике, чтобы та поправила положение. Но челябинские ученые пошли дальше, создав адаптивную программу, которая сама выбирает параметры, позволяющие получать максимальный урожай при минимуме ресурсов.

- Система контролирует, например, время и интенсивность освещения растений каждым спектром - отдельно синим, красным и белым, дневным, - уточняет Блинов. - На разных стадиях роста нужны различные типы освещения. Не имеет смысла всегда задействовать на полную катушку все спектры. Иногда это и вовсе вредно: энергия может уйти на рост ботвы вместо плода.

В университете создали общую математическую модель управления фермой с использованием нейросетей. Она выбирает для растений оптимальный режим, а для каждой культуры требуется ввести индивидуальные коэффициенты.

- Конечно, тем, кто увлекся городским фермерством, проще начинать с выращивания зелени, постепенно переходя к более сложным культурам - томатам, перцам, огурцам, - советует Блинов. - Мне вот интересно оптимизировать производство клубники, требующей обильного полива. Это одна из самых сложных, но перспективных задач.

Сегодня привезенная из Египта клубника стоит в магазинах около тысячи рублей за килограмм, при этом ее качество устраивает далеко не всех, и это ниша для местных предпринимателей. Организовавший сити-ферму коммерсант из Перми, в частности, продает эту ягоду ресторанам по 2000 рублей, и она не залеживается. А челябинская разработка, подсчитали ее авторы, поможет снизить себестоимость ягоды приблизительно до 100 рублей. Поэтому среди потенциальных потребителей своей разработки помимо частников они видят торговые сети, кафе, другие учреждения гастрономии. Хотя в новинке, по мнению исследователей, могут быть заинтересованы и управляющие компании, товарищества жильцов, готовые использовать имеющиеся у них помещения для выращивания витаминной продукции.

Но, чтобы готовый прототип системы "поумнел" еще больше, накопив в своем арсенале алгоритмы действий для разных условий и культур, потребуется, по прогнозам авторов идеи, еще года два, в течение которых будет пройдена экспериментальная фаза. А начать в университете решили со своей площадки, оборудовав в фойе одного из учебных корпусов сити-ферму, управляемую собственной программой.