Pred viac ako sto rokmi, v lete 1922, vzlietlo z metropolitného letiska Chodynsky lietadlo so zariadením na vykonávanie leteckých chemických prác postrekom proti škodcom a chorobám. Úspešné skúšobné lety znamenali začiatok rozvoja poľnohospodárskeho letectva.
V súčasnosti má používanie rôznych leteckých prostriedkov na ochranu rastlín veľký hospodársky význam, pretože poskytuje možnosť:
— rozsiahle diaľkové monitorovanie poľnohospodárskych plodín;
- ochranné opatrenia v krátkodobom poľnohospodárstve a na ťažko dostupných miestach proti obzvlášť nebezpečným škodcom (kobylka, molica lúčna, myšovité hlodavce, pásavka zemiaková, korytnačka škodlivá) a chorobám (hrdza hnedá, pleseň, alternarióza);
- obrábanie pôdy so silnou pôdnou vlhkosťou, keď pozemná technika nemôže vstúpiť na pole, najmä v boji proti burine;
– spracovanie vysokých plodín (kukurica, slnečnica) a siatie semenných plodín;
— spracovanie ryžových polí;
- desikácie;
– spracovanie plodín na svahoch so sklonom väčším ako 7 stupňov, kde pozemné postrekovacie zariadenie nemôže fungovať.
V Sovietskom zväze bol základom poľnohospodárskej leteckej flotily AN-2. V súčasnosti vývoj poľnohospodárskeho letectva smeruje k výraznému rozšíreniu používania ultraľahkých lietadiel (ALV) a bezpilotných lietadiel (UAV), ktoré sú oveľa lacnejšie ako ťažké lietadlá. V súlade s Federálnymi pravidlami pre letectvo a Leteckým zákonníkom Ruskej federácie sa prístroj (lietadlo) nazýva ultraľahký, ak má:
- maximálna vzletová hmotnosť nie väčšia ako 495 kg (bez leteckého záchranného vybavenia);
- maximálna kalibračná pádová rýchlosť (minimálna rýchlosť letu) nie väčšia ako 65 km/h.
Bezpilotné lietadlá (UAV) zahŕňajú dopravné prostriedky, ktorých lety riadia piloti, ktorí sú mimo paluby (externí piloti).
Vlastnosti správneho režimu používania UAV sú určené jeho maximálnou vzletovou hmotnosťou:
- do 250 g - nepodliehajú štátnej registrácii ani účtovníctvu;
- od 250 g do 30 kg - podliehajú povinnému štátnemu účtovaniu;
- od 30 kg a viac - podliehajú štátnej registrácii.
Dôležité výhody používania UAV a ALS sú:
— žiadne straty spôsobené poškodzovaním úrody kolesami alebo potrebou používania koľajových tratí (v porovnaní s pozemným zariadením);
- vysoká účinnosť pri znížení prevádzkových nákladov (v porovnaní s ťažkými lietadlami, keďže tieto lietadlá nemusia mať vybavené letiská).
Použitie bezpilotných lietadiel pomáha pri riešení nasledujúcich úloh:
- získanie podrobných informácií o tvorbe kartografického podkladu poľnohospodárskej pôdy a umiestňovaní poľnohospodárskych objektov s ich presnými súradnicami pre plánovanie a riadenie technologických procesov poľnohospodárskej výroby;
– vykonávanie diaľkového monitorovania založeného na multispektrálnom zobrazovaní podkladového povrchu poľnohospodárskej pôdy s cieľom určiť stav a vývoj plodín, predpovedať výnosy na základe výpočtu vegetačného indexu na základe výsledkov spektrálneho zobrazovania atď.;
– prevádzková kontrola prevádzky pozemných zariadení a kvality agrotechnickej práce v reálnom čase;
– geokódovaný fytosanitárny monitoring poľnohospodárskych pozemkov na určenie úrovne zaburinenosti plodín, prítomnosti škodcov a prejavov chorôb v ranom štádiu vývoja, a to aj v latentnej forme;
Použitie UAV na letecké snímkovanie poľnohospodárskej pôdy poskytuje v porovnaní so satelitnými snímkami získanie snímok s vyšším rozlíšením (až jeden centimeter na bod) a čo je najdôležitejšie, umožňuje vykonávať tieto práce v prítomnosti hustých oblaky (snímanie pomocou kozmickej lode počas takýchto období nie je možné).
Pozrime sa podrobnejšie na fytosanitárny monitoring plodín. V poslednej dobe objem používania prípravkov na ochranu rastlín v Rusku neustále rastie: podľa štatistík sa každých päť rokov, počnúc rokom 2010, zdvojnásobili av roku 2020 dosiahli 221 tisíc ton. S nárastom používania prípravkov na ochranu rastlín musia farmy zabezpečiť rýchly zber a spracovanie informácií o fytosanitárnych podmienkach poľnohospodárskych polí. Bez týchto informácií nie je možné v krátkom poľnohospodárskom časovom horizonte vyriešiť problémy technologickej podpory racionálneho a bezpečného používania prípravkov na ochranu rastlín. Existujúce metódy pozemnej kontroly polí neumožňujú získať potrebné informácie rýchlo a v správnom objeme. V tejto súvislosti sa v zahraničí aj u nás aktívne pracuje na vývoji vysokovýkonných vzdialených metód získavania informácií pre plánovanie a realizáciu opatrení na ochranu rastlín. Na prevádzkové diaľkové fytosanitárne monitorovanie sa najčastejšie používajú bezpilotné vzdušné prostriedky, ktoré poskytujú geokódované video, multispektrálne a hyperspektrálne snímky podkladového povrchu Zeme.
Je potrebné poznamenať, že otázky využívania vzdialených metód získavania informácií v oblasti ničenia burín (určovanie polohy burín na poli, hodnotenie strát na úrode, mapovanie zón poškodenia) sú už čiastočne vyriešené. V tejto oblasti sa v rámci dohody o vedecko-technickej spolupráci realizoval výskum za účasti špecialistov z VIZR, Univerzity leteckých prístrojov (St. Petersburg), Samarskej agrárnej akadémie a Ptero LLC (Moskva). Pozitívne výsledky boli získané z použitia BVS pre vzdialené metódy získavania informácií na základe spektrometrie na posúdenie napadnutia obilnín a sadieb zemiakov pre viac ako 20 druhov burín, vrátane takej škodlivej, ako je boľševník Sosnowského. Údaje boli získané na základe stanovenia a analýzy spektrálnych charakteristík odrazu od kultúrnych rastlín a burín v rozsahu vlnových dĺžok 300-1100 nm.
V priebehu štúdií vykonaných s cieľom identifikovať definujúce znaky založené na spektrálnom jase odrazu od kultúrnych a burinových rastlín boli teda stanovené najinformatívnejšie spektrálne podrozsahy vlnových dĺžok elektromagnetického žiarenia na použitie multispektrálneho zobrazovania podkladového povrchu poľnohospodárskej pôdy pomocou moderných technológií. systémy diaľkového snímania. Analýza spektrálnych snímok burín a kultúrnych rastlín ukazuje, že pozorujeme charakteristické rozdiely v získaných krivkách spektrálneho jasu v podrozsahoch modrého, zeleného, červeného a blízkeho infračerveného elektromagnetického žiarenia v blízkom infračervenom podrozsahu vlnových dĺžok.
Ťažšou úlohou pre široké využitie metód diaľkového prieskumu poľnohospodárskych pozemkov je určovanie informatívnych znakov chorôb rastlín, a to predovšetkým v latentnej forme. Je to spôsobené tým, že mnohé informatívne príznaky chorôb sú podobné spektrálnym jasom ako príznaky neinfekčnej patológie študovaných rastlín.
Pozitívne výsledky boli získané na stanovenie chorôb zemiakov a poškodenia rastlín zemiakového chrobáka Colorado pomocou spektrorádiometrie. Pri použití tejto metódy sa zistilo, že pri sadení zemiakov napadnutých plesňou neskorou (obr. 1) na tretí deň po infekcii pozorujeme prudký pokles spektrálnej jasnosti odrazu v porovnaní so zdravými rastlinami a na siedmy deň po infekcii hodnoty spektrálneho jasu ukazujú, že rastliny prakticky uhynuli. V tomto prípade je hodnota spektrálneho jasu u rastlín postihnutých plesňou blízka hodnotám spektrálneho jasu odrazu od pôdy.
Pri poškodení zemiakov pásavkou zemiakovou pozorujeme aj dvoj- až trojnásobný pokles hodnôt jasu spektrálneho odrazu v porovnaní s rastlinami bez poškodenia škodcom. Na obrázku 2 sú údaje o spektrálnej jasnosti odrazu rastlín zemiaka s prihliadnutím na rôzny stupeň ich poškodenia. Získané údaje majú veľký význam pre diaľkovú metódu zisťovania lézií rastlín zemiaka pásavkou zemiakovou.
V súčasnosti, na základe štúdií vykonaných s cieľom určiť informatívne znaky založené na spektrálnej jasnosti odrazu od zdravých a chorých rastlín zemiaka, ako aj od rastlín poškodených pásavkou zemiakovou, sú najinformatívnejšie spektrálne podrozsahy vlnových dĺžok elektromagnetického žiarenia. zriadený na využitie multispektrálneho zobrazovania podložného povrchu poľnohospodárskej pôdy pomocou BVS a SLA.
Pri určovaní chorôb je potrebné brať do úvahy výsledky výskumu Agrofyzikálneho ústavu, ktoré umožnili určiť spektrálne charakteristiky odrazu rastlín, ktoré majú nedostatok dusíka a pôdnej vlhkosti.
Získané výsledky sú dôležité pre identifikáciu informatívnych znakov, ktoré umožňujú pri dešifrovaní fytosanitárneho stavu poľnohospodárskej pôdy jednoznačne rozlíšiť rastliny napadnuté chorobami a rastliny s chorobami spôsobenými nedostatkom minerálnej výživy alebo pôdnej vlhkosti.
Vytvorenie knižníc spektrálnych obrazov chorôb rôznych plodín, ako aj spektrálnych obrazov týchto plodín, ktoré majú nedostatok minerálnej výživy alebo pôdnej vlhkosti, umožní na základe výsledkov diaľkového získavania informácií robiť rozumné a rýchle rozhodnutia. stabilizovať fytosanitárnu situáciu pri výskyte chorôb alebo vykonať súbor agrotechnických opatrení na zmiernenie stresových situácií na plodinách spôsobených inými faktormi.
Ďalším dôležitým smerom vo využívaní BVS je ich aplikácia pri opatreniach na ochranu rastlín. Po prvýkrát sa UAV vo forme bezpilotných diaľkovo ovládaných helikoptér začali používať v Japonsku začiatkom 90. rokov na ošetrenie ryžových polí pesticídmi. V súčasnosti v Číne, ktorá je lídrom vo výrobe poľnohospodárskych dronov, plocha obrábaná pomocou UAV už presahuje niekoľko miliónov hektárov. Dynamicky sa rozvíja aj trh s UAV na celom svete, objem využitia týchto lietadiel sa každoročne zvyšuje o 400-500%. Podľa odborníkov dosiahne využitie UA technológií v poľnohospodárstve vo svete trhovú hodnotu 5,7 miliardy dolárov.
Z poľnohospodárskych dronov dominuje na trhu čínska spoločnosť DJI a najrozšírenejším modelom je DJI Agras T16.
Vzhľadom na to, že väčšina častí UAV tohto modelu je vyrobená z kompozitných materiálov, hmotnosť zariadenia nepresahuje 18,5 kg (bez batérie). S prostriedkami na ochranu rastlín pri plnení nádrže pracovnou kvapalinou dosahuje vzletová hmotnosť stroja 41 kg. Kapacita nádrže na pracovnú kvapalinu je 16 litrov, keď je rameno vybavené ôsmimi tryskami. Výhodou tohto modelu dronu je, že je vybavený radarmi, čo drasticky znižuje riziko kolízie s prekážkami a tiež poskytuje možnosť práce v noci pomocou svetlometov. Optimálna výška letu dronu nad poľom je 2,5-3 metre a v prípade potreby sa zariadenie môže zdvihnúť až do 30 metrov (maximálna horizontálna výška letu). Táto výška je potrebná na ošetrenie trvalých plantáží, rastlín v botanických záhradách a lesoch pred škodcami a chorobami.
V Ruskej federácii boli dosiahnuté pozitívne výsledky o použití BVS na hubenie myších hlodavcov (štúdie boli realizované za účasti VIZR a spoločnosti Ginus). Výrobné testy diaľkového monitorovania a geokódovanej aplikácie rodenticídov do nôr myších hlodavcov ukázali, že presnosť novej technológie v porovnaní s manuálnou aplikáciou je 91 % oproti 97 %.
Získali sa praktické skúsenosti s využitím BVS na diaľkový monitoring areálov rozšírenia boľševníka Sosnowského, ako aj s využitím technológie herbicídneho postreku proti tomuto škodlivému druhu.
Napriek pozitívnym výsledkom a perspektívam využitia UA v poľnohospodárstve existujú nedostatky, ako aj nedoriešené problémy v oblasti legislatívy a regulačných dokumentov o ich efektívnom a bezpečnom využití na diaľkové monitorovanie a ochranu rastlín, a to:
- vysoké náklady na UAV s rizikom straty zariadenia počas vykonávania práce;
- zákonné obmedzenia používania: vo väčšine krajín sveta musí byť UAV počas výkonu práce v zornom poli operátora (vzdialenosť nie je väčšia ako 500 metrov);
- potreba registrácie, registrácie zariadenia (vo väčšine krajín, ak jeho hmotnosť presahuje 25 kg) a získania licencie na používanie UAV na komerčné účely;
- potreba dodatočného drahého vybavenia a kvalifikovaného personálu: pre neprerušovanú a efektívnu prevádzku UAV je potrebné mať aspoň tri ďalšie batérie, generátor na ich nabíjanie; aspoň traja ľudia sa podieľajú na servise jedného auta;
- veľká závislosť od meteorologických podmienok. Vo veternom počasí je ovládanie aparátu veľmi náročné, najmä pri silnom bočnom vetre;
- chýbajúce legalizované predpisy na používanie prípravkov na ochranu rastlín pomocou BVS v súlade s požiadavkami federálneho zákona č. 109 „O bezpečnom zaobchádzaní s pesticídmi a agrochemikáliami“;
- nedostatok regulačných dokumentov pre bezpečnú prevádzku UAV v poľnohospodárstve;
- chýbajúce štandardy poistného rizika pre právnické a fyzické osoby pri používaní prípravkov na ochranu rastlín s pomocou BVS;
- vysoká cena a nedostatok softvérových produktov na riešenie problémov diaľkového fytosanitárneho monitoringu burín, škodcov a chorôb s prihliadnutím na ekonomické prahy škodlivosti, ako aj automatické dekódovanie ich výsledkov.
Je naliehavá potreba vytvorenia regionálnych centier pre školenie operátorov a výrobné schvaľovanie technologických postupov pre použitie UAS na monitorovanie a ochranu rastlín.
V rámci digitalizácie poľnohospodárskych programov je potrebné urýchliť vývoj rozsiahlych databáz referenčných vzoriek burín v najzraniteľnejšej fáze vývoja pre použitie herbicídov a referenčných vzoriek s charakteristickými informatívnymi znakmi poškodenia hlavných plodín škodcami. Rovnako dôležité je dokončiť tvorbu knižníc spektrálnych obrazov zdravých a chorých rastlín s prihliadnutím na vplyv úrovne minerálnej výživy a agroklimatických parametrov.
Anatolij Lysov, vedúci laboratória integrovanej ochrany rastlín, VIZR, e-mail: lysov4949@yandex.ru