АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина VII, брой 3, 2019

Дронове

Бъдещето на земеделието

Дронове

Селското стопанство е единственият сектор, който винаги е бил натоварен с осигуряването на храна за света. С все по-нарастващото население той трябва да гарантира, че се справя с технологиите, за да увеличи количеството продукция, отговаряйки на хранителните нужди на света. За да се увеличи земеделската продукция, всички заинтересовани страни трябва да променят традиционните селскостопански практики и да възприемат съвременните методи, които ще революционизират областта на селското стопанство.
Една от тези технологии е включването на дронове в земеделието. Дроновете дават възможност на фермерите да събират информация в техните стопанства в най-кратки срокове, като по този начин се гарантира, че те ще разполагат с достатъчно време, за да извършат всички необходими селскостопански дейности. Понастоящем има големи възможности за избор на дронове, но земеделският стопанин трябва първо да идентифицира своите нужди.


Дроновете са безпилотни летателни системи, които обхващат голяма група, различни по дизайн и размери дистанционно управляеми летателни системи, управлявани от разстояние, както и автономни въздухоплавателни устройства, програмирани да летят самостоятелно – по предварително зададен с помощта на GPS маршрут.

Само допреди няколко години, безпилотните летателни устройства бяха основно свързани с разузнавателни и бойни военни действия. През последните години, обаче, технологиите на дистанционно управляемите и автономните летателни средства силно се развиха и показаха, че са готови да преминат от чисто военно оборудване към надеждни системи с нови приложения за граждански цели. Беше въпрос на време производителите на дронове и техника за прецизно земеделие, да започнат да предлагат тази технология за нуждите на стопаните. Днес дронове могат да бъдат намерени в немалко стопанства в Европа и Америка, където се използват за наблюдение на културите и дори за пръскане с препарати за растителна защита.

Използването на дронове за селското стопанство е гореща тема в наши дни и по основателна причина. Тези безпилотни въздухоплавателни средства (UAV), както понякога се наричат, бързо се превръщат в основен инструмент в оборудването за прецизно земеделие. Днешните фермери трябва да се справят с все по-сложни проблеми като въпросите за качеството и количеството на водата, изменението на климата, устойчивите на глифозат плевели, качеството на почвата, несигурните цени на стоките и увеличаването на цените на материалите.

Земеделските производители започват да се обръщат към високотехнологични инструменти като прецизно селско стопанство. Прецизното земеделие разделя дадено поле на зони, които могат да бъдат управлявани индивидуално с набор от прецизни машини, оборудвани с GPS. Технологията позволява на фермерите да събират, съхраняват, комбинират и анализират слоевете данни, извършвайки прецизно управление на наторяването и напояването.

Съществува разнообразие от други източници, които земеделският производител може да използва за изграждането на тези слоеве данни. Мониторите за добив, резултатите от почвените проби, сензорите за влага и хранителни вещества, и прогнозите за времето са полезни източници на данни. В допълнение към тези набори от данни, новите технологии като дроновете, могат да дадат представа за текущото състояние на културите в полето.

Възможности за събиране на данни
Текущите данни за състоянието на цялото поле са едни от най-ценните части от информацията в прецизна програма. С тези данни фермерът може рано да забележи проблемите и бързо да избере подходящи интервенции. Проверката на място е най-често използваният метод за получаване на тази информация днес, но тя не улавя точно условията в цялото поле. При много големи полета проблемът се изостря. Обхождането на периметъра не може да разкрие проблеми вътре в полето, а времето за проучване нараства пропорционално с площта.

Наблюдателни полети и спътниците, използващи близки инфрачервени камери (NDVI) и RGB камери, са основните източници на данни за цялостно оценяване на състоянието на полетата, но те не са универсални решения. Тези източници са най-подходящи за проучване на десетки хиляди декари в даден момент, когато времето и ресурсите, необходими за планиране и обхождане по тези начини оправдават разходите и сложността.

Земеделските дронове представляват нов начин за събиране на данни на ниво поле. Най-наложителната причина за използването на дронове е, че резултатите са при поискване, т.е. когато и където е необходимо, дронът може лесно и бързо да бъде внедрен. Предимството на дроновете е, че предлагат събиране на данните и постигането на резултати в реално време.

Дроновете вече са на достъпни цени и изискват много скромна капиталова инвестиция в сравнение с повечето селскостопански съоръжения. Работата с тях е сравнително проста и става по-лесна с всяко ново поколение хардуер. Те са безопасни, надеждни и лесни за използване. И все пак истинските предимства на дроновете не са в хардуера, а в удобството, качеството и полезността на крайния продукт - данните. Има три основни елемента за ефективно използване на селскостопанските дронове: пренасяне на сензорите над полето, наличие на правилните сензори, анализ на данните. И накрая, трябва да се вземат предвид регулаторните и бизнес аспекти.

Пренасяне на сензорите над полето
Днес има на разположение много видове дронове, но не всички са добри за използване в земеделието. Подходящите за селскостопански приложения са две категории: дронове с фиксирани криле и многороторни. Капацитетът на разходите и полезния товар на двата вида е сходен, а хардуерът се развива бързо.

Дронове с фиксирани криле имат по-дълъг полет, което е предимство, когато трябва да се покрие голяма площ. Те също така са „толерантни“ към катастрофи. Съгласно действащите правила на FAA (Федерална авиационна администрация на САЩ), те трябва да могат да се наблюдават от оператора.

Многороторните дронове се настройват по-бързо на полето и могат да излитат и да се приземяват вертикално. Те всъщност имат много предимства: по-лесни са за работа, не изискват предварително планиране на вятъра и имат способността да летят по-точно.

При двата вида дрона действителният процес на полета е сравнително ясен. Използвайки софтуера на устройство за наземно управление (обикновено таблет, лаптоп или смартфон), операторът начертава скицата на полето, което ще се наблюдава. Софтуерът програмира полета, начертавайки линиите на картата, за да покаже пътя на полета. Информацията се зарежда в дрона чрез безжична връзка. Излитането, полетът и кацането са напълно автономни (ръчното превключване позволява на оператора да избягва неочаквани обекти в траекторията на полета).

Наличие на правилните сензори
За да се заснеме видео или снимка над полето, могат да се използват евтини потребителски дронове, чрез които могат да се установят някои проблеми. Но за да се получи наистина стойностна информация от дрона, трябва да се имат предвид и други видове сензори, инструменти за летене на дрона по модел над цялото поле, както и софтуер за комбиниране на сензорните показания в един слой с указано географско местоположение, който след това се анализира. Само в този формат, след това, потребителят може да използва смартфон с GPS или друго устройство, за да отиде и да провери конкретните проблеми или да комбинира информацията с други слоеве данни.

До голяма степен дроновете събират информация на базата на светлината, отразена от културите под тях. За селскостопански цели използването на конкретен тип сензор може да помогне на производителите да събират данни, които показват къде съществуват проблеми, така че да могат да предприемат подходящи действия.

Растенията, разбира се, улавят видимата светлина за процеса на фотосинтеза. От друга страна, близките инфрачервени (NIR) фотони нямат достатъчно енергия за фотосинтеза, но те носят много топлина, която се отразява от растенията и може да се улови от камерите. Този механизъм на отражение се разпада, когато листото отмира. Близките инфрачервени сензори се възползват от това свойство, като се наблюдава разликата между отразяването на NIR и отразяването на видимата светлина. Това изчисление е известно като normalized difference vegetation index (NDVI). Високият NDVI означава голяма плътност на растенията, а малкия NDVI показва проблемни области на полето. Чрез NDVI ясно могат да бъдат разграничи областите на полето, където културите растат по-добре от онези, където не е така, позволявайки да се създадат зони, в които да се приложи правилното количество тор към всяко място на полето. NDVI - изображението може също така да разкрие наличието на плевели, вредители, недостиг на вода и други проблеми, даващи на производителя необходимата информация за идентифициране и количествено определяне на проблемите, и след това как най-добре да се справи с тях.

Другите два най-често използвани сензори са топлинни камери и хиперспектрални камери.

Топлинните сензори могат да отчитат излъчваната температура от обект, а някои от най-новите модели са достатъчно леки, за да се носят от дрон. Топлинният сензор помага да се установи как растенията използват вода, тъй като тези с достъп до повече вода изглеждат „по-хладни“ в изображението. Тези температурни колебания обаче са незначителни и трудно могат да се разграничат от други фактори, нагряващи или охлаждащи растението като бриз, изложение на слънце и др. Повече проучване е необходимо в тази сфера.

Хиперспектралните сензори записват много дължини на вълните на видимата и невидимата светлина. Въпреки че размерът и цената на тези камери спадат, те все още са големи и скъпи. Потенциалът на тези сензори е, че те могат да идентифицират специфичния тип растение само чрез измерване на дължината на светлината, която то отразява, което би улеснило откриването на устойчивите на хербициди плевели.

Обработка и анализ на данни
Когато един дрон събира данни над полето, камерата прави няколкостотин статични изображения. Компютър със специализиран софтуер може да обработва изображенията локално, което може да отнеме време. Самата обработка може да ангажира компютъра в продължение на часове всеки път, когато се зарежда нова информация и се изисква операторът да присъства, за да наблюдава напредъка.

Алтернативно обработването може да се извърши с помощта на уеб-базирана услуга. В този модел операторът изпълнява полета, стартира софтуера, който автоматизира събирането на изображения и ги качва в „облак“. Там снимките се обработват бързо и се връщат на потребителя. Предимствата на софтуера като модел на обслужване са няколко: операторът е свободен да се отдалечава и да прави други неща, докато обработката се изпълнява във фонов режим, няма нужда за инвестиране в скъп хардуер или софтуер и потребителите винаги се възползват от най-новия релийз и най-новите доклади.

Различните услуги предоставят резултатите в различни файлови формати. Почти всички използват GeoTiff формат, който представлява изображение с GPS координати. Друг обичаен формат е KMZ, който позволява преглеждането на изображенията в Google Earth.

По-малко използван, но много важен формат е shapefile. Тези изображения разделят полето на зони и задават стойност на плътността на културите във всяка зона. Този формат е полезен, тъй като може да бъде прочетен директно от много софтуерни пакети за земеделски стопанства, което позволява „слоят“ на дрона да бъде лесно комбиниран с други източници на данни. И накрая, някои услуги предоставят резултатите директно на карта в уеб браузър, като в някои случаи позволяват на потребителите да използват смартфон, за да видят местоположението си в резултатите, до като са на полето за проверка.

Земеделски практики, при които могат да се използват дронове
Земеделските производители могат да използват многобройните характеристики на дроновете, за да гарантират, че процесите на сеитба и засаждане са успешни. Дроновете са оборудвани с камери с висока разделителна способност, които правят както 2-D, така и 3-D изображения и видео клипове от фермата. Тези данни могат по-късно да бъдат проучени от фермера, за да се получи информация, свързана с топографията на земята, съставът на почвата в различните части на стопанството, както и разпространението на плевелите. След като получи информация, свързана с тези аспекти, фермерът може да предприеме необходимите действия във фермата, преди извършване на действителната сеитба или засаждане.

По въпросите, свързани със състава на почвата, фермерът е в състояние да предприеме всички необходими действия, за да гарантира, че почвата е годна за засаждане. В ситуации и обстоятелства, при които в почвата има недостатъчно някои хранителни вещества, земеделският стопанин трябва да ги набави преди времето на засяване или засаждане. Това има за цел да гарантира, че в момента, в който земеделският производител започне процесът на засяване или засаждане, всички хранителни вещества, които се изискват от културите, ще бъдат достъпни за тях.

По време на действителното засяване или засаждане, дроновете дават възможност на земеделския стопанин да изработи график за извършване на тези дейности, които са подходящи за неговата ферма. Това гарантира, че семената са в точно количество за тази ферма, а земеделският производител използва по-малко ресурси, за да получи оптимален добив.

Дроновете позволяват на фермера да държи под контрол плевелите и вредителите във фермата по ефективен начин. Чрез използването на дрона, земеделският производител е в състояние предварително да определи количеството на плевелите и разпространението на вредителите в стопанството. След получаване на информация от снимките и видео клиповете, направени от дрона, фермерът може да направи график за пръскане, който му позволява да регулира количеството хербицид, който се пръска на полето. За райони с висока степен на разпространение на плевели, апликаторът се коригира за освобождаване на по-голямо количество хербицид, а за райони с малко разпространение на плевели съответно по-малко хербицид.

Използването на дрон за пръскане на културите има голяма полза за фермера, тъй като му позволява да направи първо количествена оценка на разпространението на плевелите във фермата, преди да приложи хербицид. Това дава възможност на фермера да спести неговото количество, защото няма да се прилага унифицирано по цялата площ.

Земеделските дронове са оборудвани с много мощни камери и поради това те могат да се използват за наблюдаване на различните области на фермата. Дроновете могат да бъдат използвани за наблюдение и от животновъдите - например за идентифициране на болни и ранени животни, така че да се предприемат необходимите действия, преди да е твърде късно, а след което да се проследява с тяхна помощ лечебния процес. Селскостопанските производители могат да използват дронове за наблюдение на популацията на културите в полето и за проверка на зелените нюанси на растенията, според които се определя дали културите са здрави или не. От това наблюдение един земеделски производител може да предприеме необходимите действия, след като проучи снимките и видео клиповете, заснети от дрона.

Селскостопанските дронове също могат да се използват във фермата за наблюдение с цел сигурност, за да се види дали има признаци на нарушители. По този начин, използването на дронове позволява на фермерите да поддържат безопасността и сигурността в своята ферма.

Ключови решения за фермерите
Дроновете все още се считат за нов инструмент в селското стопанство, но тяхната доказана полза за оценката на здравето на растенията на място и техният потенциал за възвращаемост на инвестициите ги правят привлекателно допълнение към инструментариума за прецизност.

Независимо дали земеделските стопани закупуват и управляват сами собствен дрон или се възползват от доставчик на такава услуга, дроновете правят въздушни изображения с точност и ненадмината наложителност. Когато времето за намеса е ограничено, както е в земеделието, лекотата на използване е от ключово значение. Изчакването на снимки от самолет или спътник е непрактично за повечето производители. Много по-лесно е да се използва многороторен селскостопански дрон, оборудван с камери, модифицирани за земеделски приложения.

Осигуряването на навременни и разбираеми данни е изключително важно. Използването на софтуер, който може бързо да обработва голям брой изображения, да идентифицира проблемите и да дава препоръки за интервенция, може да доведе до по-ниски разходи, по-голям добив и съответно увеличена печалба. Фермерите избират опции, които осигуряват широк спектър от специализиран селскостопански интелект и произвеждат резултати във формат, съвместим с прецизното селскостопанско оборудване. Ключът е да се избере софтуерна платформа, която е лесна за използване и не изисква от потребителя да следи обработката.

Финансовите съображения, свързани със земеделските дроновете са по-прости, от колкото някой първоначално би си помислил. Земеделските производители, които приемат технологията и я интегрират в прецизните си програми, ще се чудят как са се справяли без нея по-рано.

Понякога наричано „прецизно земеделие“, интелигентното земеделие е все повече знания и нови технологии, насочени към използване на географски, екологични и биологични данни, за да се увеличи количеството и качеството на селскостопанските храни, като същевременно се намали въглеродният отпечатък на индустрията.

Земеделските дронове представляват нов начин за събиране на данни на ниво поле. Най-наложителната причина за използването на дронове е, че резултатите са при поискване, и дронът може лесно да бъде внедрен, когато и където е необходимо. Трудно е да се надмине непосредствеността и удобството при планирането на мисията, събирането на данните и постигането на резултати в реално време - само дроновете предлагат тези предимства.