For mer enn hundre år siden, sommeren 1922, lettet et fly med utstyr for å utføre kjemiske arbeider i luften ved å sprøyte mot skadedyr og sykdommer fra Khodynsky storbyflyplass. Vellykkede testflyvninger markerte begynnelsen på utviklingen av landbruksluftfart.
I dag er bruk av ulike luftfartsmidler for plantevern av stor økonomisk betydning, da det gir mulighet for:
— storskala fjernovervåking av landbruksavlinger;
- beskyttelsestiltak på korte agro-sikter og på vanskelig tilgjengelige steder mot spesielt farlige skadedyr (gresshoppe, engmøll, muslignende gnagere, koloradopotetbille, skadelig skilpadde) og sykdommer (brunrust, senbryst, alternariose);
- jordbearbeiding med sterk jordfuktighet, når bakkeutstyr ikke kan komme inn i feltet, spesielt i kampen mot ugress;
– behandling av høye avlinger (mais, solsikke) og såing av frøavlinger;
— behandling av rismarker;
- uttørking;
- behandling av avlinger i skråninger med helling på mer enn 7 grader, der marksprøyteutstyr ikke kan fungere.
I Sovjetunionen var grunnlaget for landbruksflyflåten AN-2. For tiden går utviklingen av landbruksluftfart mot en betydelig utvidelse av bruken av ultralette fly (ALV) og ubemannede luftfartøyer (UAV), som er mye billigere enn tunge fly. I samsvar med Federal Aviation Rules og Air Code of the Russian Federation, kalles et apparat (fly) ultralett hvis det har:
- maksimal startvekt ikke mer enn 495 kg (unntatt luftfartsredningsutstyr);
- maksimal kalibreringsstopphastighet (minste flyhastighet) ikke mer enn 65 km/t.
Ubemannede luftfartøyer (UAV) inkluderer kjøretøy hvis flyvninger er kontrollert av piloter som er utenfor styret (eksterne piloter).
Egenskapene til riktig bruksmåte for UAV bestemmes av dens maksimale startvekt:
- opptil 250 g - er ikke underlagt statlig registrering eller regnskap;
- fra 250 g til 30 kg - er underlagt obligatorisk statlig regnskap;
- fra 30 kg og mer - er underlagt statlig registrering.
Viktige fordeler med å bruke UAV og ALS er:
— ingen tap på grunn av skader på avlinger med hjul eller behovet for å bruke trikkelinjer (sammenlignet med bakkeutstyr);
- høy effektivitet samtidig som driftskostnadene reduseres (sammenlignet med tunge fly, siden disse flyene ikke trenger å ha utstyrte flyplasser).
Bruken av ubemannede luftfartøyer hjelper til med å løse følgende oppgaver:
- innhente detaljert informasjon om opprettelsen av et kartografisk grunnlag for jordbruksland og plassering av landbruksobjekter med deres eksakte koordinater for planlegging og kontroll av de teknologiske prosessene for landbruksproduksjon;
- utføre fjernovervåking basert på multispektral avbildning av den underliggende overflaten av jordbruksareal for å bestemme tilstanden og utviklingen av avlinger, forutsi utbytte basert på beregning av vegetasjonsindeksen basert på resultatene av spektral avbildning, etc.;
– sanntids operasjonell kontroll over driften av bakkeutstyr og kvaliteten på agroteknisk arbeid;
– geokodet fytosanitær overvåking av jordbruksland for å bestemme nivået av ugress i avlinger, tilstedeværelsen av skadedyr og manifestasjoner av sykdommer på et tidlig stadium av utviklingen, inkludert i latent form;
Bruken av UAV for flyfotografering av jordbruksland gir, sammenlignet med satellittbilder, bilder med høyere oppløsning (opptil én centimeter per punkt) og, viktigst av alt, gjør det mulig å utføre disse arbeidene i nærvær av tett skyer (skyting med romfartøy i slike perioder er umulig).
La oss dvele mer detaljert på fytosanitær overvåking av avlinger. Nylig har bruksvolumet av plantevernmidler i Russland vokst jevnt: i følge statistikk, hvert femte år, fra og med 2010, har de doblet seg og nådde i 2020 221 tusen tonn. Med veksten i bruken av plantevernmidler, må gårder sikre rask innsamling og behandling av informasjon om den fytosanitære tilstanden til jordbruksmark. Uten denne informasjonen er det umulig å løse problemene med teknologisk støtte for rasjonell og sikker bruk av plantevernmidler i en kort tidsramme for landbruket. Eksisterende metoder for bakkeruteinspeksjon av felt tillater ikke innhenting av nødvendig informasjon raskt og i riktig volum. I denne forbindelse jobbes det aktivt i utlandet og i vårt land for å utvikle høyytelses fjernmetoder for å hente informasjon for planlegging og gjennomføring av planteverntiltak. For operativ fjern fytosanitær overvåking er ubemannede luftfartøyer mest brukt, og gir geokodet video, multispektrale og hyperspektrale bilder av den underliggende overflaten av jorden.
Det skal bemerkes at problemene med å bruke eksterne metoder for informasjonsinnhenting innen ugrasbekjempelse (bestemme plasseringen av ugress i feltet, vurdering av avlingstap, kartlegging av skadesoner) allerede er delvis løst. På dette området, innenfor rammen av en avtale om vitenskapelig og teknisk samarbeid, ble det utført forskning med deltakelse av spesialister fra VIZR, University of Aerospace Instrumentation (St. Petersburg), Samara Agrarian Academy og Ptero LLC (Moskva). Positive resultater er oppnådd fra bruken av BVS for eksterne metoder for informasjonsinnhenting basert på spektrometri for å vurdere angrep av kornavlinger og potetplanter for mer enn 20 typer ugress, inkludert en så skadelig som Sosnowskys bjørneklo. Dataene ble innhentet basert på bestemmelse og analyse av de spektrale egenskapene til refleksjon fra kulturplanter og ugress i bølgelengdeområdet 300-1100 nm.
I løpet av studiene utført for å identifisere definerende funksjoner basert på den spektrale lysstyrken til refleksjon fra dyrkede planter og ugressplanter, ble de mest informative spektrale underområdene av elektromagnetiske strålingsbølgelengder etablert for bruk av multispektral avbildning av den underliggende overflaten av jordbruksland ved bruk av moderne fjernmålingssystemer. En analyse av spektralbildene av ugress og kulturplanter viser at vi observerer karakteristiske forskjeller i de oppnådde spektrale lysstyrkekurvene i underområdene blå, grønn, rød og nær infrarød elektromagnetisk stråling i det nære infrarøde underområdet av bølgelengder.
En vanskeligere oppgave for utbredt bruk av metoder for fjernmåling av jordbruksland er bestemmelsen av informative tegn på plantesykdommer, og fremfor alt, i en latent form. Dette skyldes det faktum at mange informative tegn på sykdommer er like i spektral lysstyrke som tegn på ikke-smittsom patologi til de studerte plantene.
Positive resultater ble oppnådd for bestemmelse av potetsykdommer og skade på potetplanter av Colorado-potetbillen ved bruk av spektroradiometri. Ved bruk av denne metoden ble det funnet at ved planting av poteter er påvirket av sen brøyte (fig. 1), på den tredje dagen etter infeksjon, observerer vi en kraftig reduksjon i den spektrale lysstyrken til refleksjonen sammenlignet med friske planter, og på den syvende dagen etter infeksjon viser verdiene for den spektrale lysstyrken at plantene praktisk talt døde. I dette tilfellet er verdien av den spektrale lysstyrken i planter som er påvirket av sent blight nær verdiene for den spektrale lysstyrken til refleksjonen fra jorda.
Når poteter er skadet av Colorado-potetbillen, observerer vi også en reduksjon i verdiene for den spektrale refleksjonslysstyrken med to til tre ganger sammenlignet med planter uten skade av skadedyret. Figur 2 viser data om den spektrale lysstyrken til refleksjon av potetplanter, tatt i betraktning den forskjellige graden av deres skade. Dataene som er oppnådd er av stor betydning for fjernmetoden for å oppdage lesjoner av potetplanter av Colorado-potetbillen.
For tiden, basert på studiene utført for å bestemme informative egenskaper basert på den spektrale lysstyrken til refleksjonen fra friske og syke potetplanter, samt de som er skadet av Colorado-potetbillen, har de mest informative spektrale underområdene av elektromagnetiske strålingsbølgelengder blitt etablert for bruk av multispektral avbildning av den underliggende overflaten av jordbruksland ved bruk av BVS og SLA.
Ved bestemmelse av sykdommer er det nødvendig å ta hensyn til resultatene av forskning fra Agrophysical Institute, som gjorde det mulig å bestemme de spektrale egenskapene til refleksjonen av planter som mangler nitrogen og jordfuktighet.
Resultatene som oppnås er viktige for å identifisere informative funksjoner som gjør det mulig å tydelig skille, når man dechiffrerer den fytosanitære tilstanden til jordbruksland, planter påvirket av sykdommer og de med patologier forårsaket av mangel på mineralnæring eller jordfuktighet.
Dannelsen av biblioteker med spektrale bilder av sykdommer i forskjellige avlinger, samt spektrale bilder av disse avlingene som mangler mineralernæring eller jordfuktighet, vil tillate, basert på resultatene av fjerninnhenting av informasjon, å ta rimelige og raske beslutninger å stabilisere den fytosanitære situasjonen i nærvær av sykdommer eller å utføre et sett med agrotekniske tiltak for å lindre stresssituasjoner på avlinger forårsaket av andre faktorer.
Den neste viktige retningen i bruken av BVS er deres søknad om planteverntiltak. For første gang begynte UAV i form av ubemannede fjernstyrte helikoptre å bli brukt i Japan på begynnelsen av 90-tallet for behandling av rismarker med sprøytemidler. For tiden, i Kina, som er ledende innen produksjon av landbruksdroner, overstiger arealet under UA-dyrking allerede flere millioner hektar. UAV-markedet utvikler seg også dynamisk over hele verden, bruksvolumet av disse flyene øker årlig med 400-500%. Ifølge eksperter vil bruken av UA-teknologier i landbruket i verden nå en markedsverdi på 5,7 milliarder dollar.
Fra landbruksdroner domineres markedet av det kinesiske selskapet DJI, og den vanligste modellen er DJI Agras T16.
På grunn av det faktum at de fleste av UAV-delene til denne modellen er laget av komposittmaterialer, overstiger ikke enhetens vekt 18,5 kg (uten batteri). Med plantevernutstyr, når du fyller tanken med arbeidsvæske, når maskinens startvekt 41 kg. Kapasiteten til reservoaret for arbeidsvæsken er 16 liter når bommen er utstyrt med åtte dyser. Fordelen med denne dronemodellen er at den er utstyrt med radarer, som drastisk reduserer risikoen for kollisjon med hindringer, og gir også muligheten til å jobbe om natten, ved hjelp av søkelys. Den optimale flyhøyden til dronen over feltet er 2,5-3 meter, og om nødvendig kan enheten stige til 30 meter (maksimal horisontal flyhøyde). Denne høyden er nødvendig for behandling av flerårige plantasjer, planter i botaniske hager og skoger fra skadedyr og sykdommer.
I den russiske føderasjonen er det oppnådd positive resultater på bruken av BVS for kontroll av murine gnagere (studiene ble utført med deltakelse av VIZR og Ginus-selskapet). Produksjonstester av fjernovervåking og geokodet påføring av gnagermidler i hulene til muslignende gnagere viste at nøyaktigheten til den nye teknologien sammenlignet med manuell påføring er 91 % mot 97 %.
Det er samlet opp praktisk erfaring med bruk av BVS for fjernovervåking av utbredelsesområdene til Sosnowskys bjørneklo, samt bruk av ugressmiddelsprøyteteknologi mot denne skadelige arten.
Til tross for de positive resultatene og utsiktene til å bruke UA i landbruket, er det mangler, så vel som uløste problemer innen lovgivning og forskriftsdokumenter om effektiv og sikker bruk for fjernovervåking og plantevern, nemlig:
- høye kostnader for UAV med risiko for å miste apparatet under utførelsen av arbeidet;
- lovlige restriksjoner på bruk: i de fleste land i verden må UAV under utførelsen av arbeidet være innenfor synslinjen til operatøren (avstanden er ikke mer enn 500 meter);
- behovet for å registrere, registrere enheten (i de fleste land, hvis massen overstiger 25 kg) og få en lisens til å bruke UAV til kommersielle formål;
- behovet for ekstra dyrt utstyr og kvalifisert personell: for uavbrutt og effektiv drift av UAV, er det nødvendig å ha minst tre ekstra batterier, en generator for å lade dem; minst tre personer er engasjert i service på én bil;
- stor avhengighet av meteorologiske forhold. I vindfullt vær er kontrollen av apparatet svært vanskelig, spesielt med sterk sidevind;
- mangel på legaliserte forskrifter for bruk av plantevernmidler ved bruk av BVS i samsvar med kravene i føderal lov nr. 109 "Om sikker håndtering av plantevernmidler og landbrukskjemikalier";
- mangel på regulatoriske dokumenter for sikker drift av UAV-er i landbruket;
- mangel på forsikringsrisikostandarder for juridiske personer og enkeltpersoner ved bruk av plantevernmidler ved hjelp av BVS;
- høy pris og mangel på programvareprodukter for å løse problemene med ekstern fytosanitær overvåking av ugress, skadedyr og sykdommer, tatt i betraktning de økonomiske tersklene for skadelighet, samt automatisk dekoding av resultatene.
Det er et presserende behov for å opprette regionale sentre for opplæring av operatører og produksjonsgodkjenning av teknologiske prosedyrer for bruk av UAS for overvåking og beskyttelse av planter.
Som en del av digitaliseringen av landbruksprogrammer er det nødvendig å fremskynde utviklingen av store databaser med referanseprøver av ugras i den mest sårbare utviklingsfasen for bruk av ugressmidler og referanseprøver med karakteristiske informative tegn på skadedyrskade på større avlinger. Det er like viktig å fullføre dannelsen av biblioteker av spektrale bilder av sunne og syke planter, under hensyntagen til påvirkningen av nivået av mineralernæring og agroklimatiske parametere.
Anatoly Lysov, leder for det integrerte plantevernlaboratoriet, VIZR, e-post: lysov4949@yandex.ru