Daugiau nei prieš šimtą metų, 1922-ųjų vasarą, iš Chodynkos sostinės aerodromo pakilo lėktuvas su įranga, skirta oro chemijos darbams atlikti purškimo būdu nuo kenkėjų ir ligų. Sėkmingi bandomieji skrydžiai buvo žemės ūkio aviacijos plėtros pradžia.
Šiandien įvairių aviacijos priemonių naudojimas augalų apsaugai turi didelę ekonominę reikšmę, nes suteikia galimybę:
— didelio masto nuotolinis žemės ūkio pasėlių stebėjimas;
— apsaugos priemonės trumpais žemės ūkio laikotarpiais ir sunkiai pasiekiamose vietose nuo ypač pavojingų kenkėjų (skėrių, pievinių drugių, į peles panašių graužikų, kolorado vabalų, žalingų vėžlių) ir ligų (lapų rūdžių, vėlyvojo maro, alternarijos);
— apdorojimas, kai dirva labai drėgna, kai į lauką negali patekti žemės ūkio technika, ypač kovojant su piktžolėmis;
— aukštaūgių (kukurūzų, saulėgrąžų) ir sėklinių augalų perdirbimas;
— ryžių laukų perdirbimas;
- džiovinimas;
— perdirbti pasėlius šlaituose, kurių nuolydis didesnis nei 7 laipsniai, kur negali veikti purškimo ant žemės įrenginiai.
Sovietų Sąjungoje žemės ūkio aviacijos laivyno pagrindas buvo AN-2. Šiuo metu žemės ūkio aviacijos plėtra juda link itin didelio ultralengvųjų orlaivių (ULA) ir nepilotuojamų orlaivių (UAV), kurie yra daug pigesni už sunkiasvorius orlaivius, naudojimo plėtrą. Remiantis Federalinėmis aviacijos taisyklėmis ir Rusijos Federacijos oro kodeksu, ultralengvasis orlaivis yra orlaivis (orlaivis), turintis:
— didžiausias kilimo svoris ne didesnis kaip 495 kg (neįskaitant aviacijos gelbėjimo įrangos);
— didžiausias kalibruotas stabdymo greitis (minimalus skrydžio greitis) ne didesnis kaip 65 km/h.
Nepilotuojamiems orlaiviams (UAV) priskiriamos transporto priemonės, kurių skrydžius kontroliuoja už orlaivio esantys pilotai (nuotoliniai pilotai).
Tinkamo UAV naudojimo režimo ypatybes lemia didžiausias jo kilimo svoris:
- iki 250 g - nėra valstybinė registracija ar apskaita;
- nuo 250 g iki 30 kg - privaloma valstybinė registracija;
- nuo 30 kg ir daugiau - privaloma valstybinė registracija.
Svarbūs UAV ir SLA naudojimo pranašumai yra šie:
— jokių nuostolių dėl ratų sugadinimo pasėliams ar poreikio naudoti technologines vėžes (palyginti su antžemine įranga);
— didelis efektyvumas ir mažesnės eksploatavimo išlaidos (palyginti su sunkiasvoriais orlaiviais, nes šiems orlaiviams nereikia įrengtų aerodromų).
Nepilotuojamų orlaivių naudojimas padeda išspręsti šias problemas:
— gauti išsamią informaciją apie žemės ūkio paskirties žemės kartografinės bazės sukūrimą ir žemės ūkio objektų išdėstymą su tiksliomis jų koordinatėmis žemės ūkio gamybos technologiniams procesams planuoti ir stebėti;
— nuotolinio stebėjimo, pagrįsto daugiaspektrine žemės ūkio paskirties žemės paviršiaus fotografija, vykdymas pasėlių būklei ir vystymuisi nustatyti, derliaus prognozavimas pagal augalijos indekso apskaičiavimą pagal spektrinės fotografijos rezultatus ir kt.;
— antžeminės įrangos veikimo ir žemės ūkio darbų kokybės kontrolė realiu laiku;
— geokoduotas žemės ūkio paskirties žemės fitosanitarinis monitoringas, siekiant nustatyti pasėlių piktžolėtumo lygį, kenkėjų buvimą ir ligų pasireiškimus ankstyvoje vystymosi stadijoje, įskaitant latentinę formą;
UAV naudojimas žemės ūkio paskirties žemės fotografavimui iš oro, palyginti su palydoviniais vaizdais, leidžia gauti didesnės skiriamosios gebos vaizdus (iki vieno centimetro viename taške) ir, svarbiausia, leidžia atlikti šį darbą esant tankiam debesys (tokiais laikotarpiais neįmanoma įrašyti naudojant erdvėlaivį).
Pakalbėkime išsamiau apie pasėlių fitosanitarinę stebėseną. Pastaruoju metu augalų apsaugos produktų naudojimo apimtys Rusijoje nuolat auga: statistikos duomenimis, kas penkerius metus nuo 2010 metų jie padvigubėja ir 2020 metais pasiekė 221 tūkst. Augant augalų apsaugos produktų naudojimo apimčiai, ūkiai turi užtikrinti operatyvų informacijos apie žemės ūkio laukų fitosanitarinę būklę surinkimą ir apdorojimą. Be šios informacijos per trumpą žemės ūkio laiką neįmanoma išspręsti racionalaus ir saugaus augalų apsaugos produktų naudojimo technologinio palaikymo problemų. Esami antžeminio laukų maršrutinio tyrimo metodai neleidžia greitai ir reikiamais kiekiais gauti reikiamos informacijos. Šiuo atžvilgiu užsienyje ir mūsų šalyje aktyviai dirbama kuriant efektyvius nuotolinius informacijos rinkimo metodus augalų apsaugos priemonių planavimui ir vykdymui. Operatyviam nuotoliniam fitosanitariniam stebėjimui plačiausiai naudojami nepilotuojami orlaiviai, teikiantys geokoduotus vaizdo įrašus, daugiaspektrinius ir hiperspektrinius apatinio Žemės paviršiaus vaizdus.
Pažymėtina, kad klausimai dėl nuotolinių informacijos rinkimo metodų panaudojimo piktžolių kontrolės srityje (piktžolių išsidėstymo lauko plotuose nustatymas, pasėlių nuostolių įvertinimas, žalingų zonų kartografavimas) jau iš dalies išspręsti. Šioje srityje, remiantis mokslinio ir techninio bendradarbiavimo susitarimu, buvo atlikti tyrimai, kuriuose dalyvavo VIZR, Aerospace Instrumentation universiteto (Sankt Peterburgas), Samaros agrarinės akademijos ir Ptero LLC (Maskva) specialistai. Teigiami rezultatai gauti naudojant UAV nuotolinius informacijos rinkimo metodus, pagrįstus spektrometrija, siekiant įvertinti grūdinių kultūrų ir bulvių sodinimo piktžolėtumą daugiau nei 20 piktžolių rūšių, įskaitant tokias kenksmingas kaip Sosnovskio kiaulė. Duomenys gauti remiantis atspindžio nuo kultūrinių augalų ir piktžolių spektrinių charakteristikų nustatymu ir analize bangų ilgių diapazone 300-1100 nm.
Taigi, atliekant tyrimus, kuriais siekiama nustatyti apibrėžiamus požymius, pagrįstus atspindžio nuo pasėlių ir piktžolių spektriniu ryškumu, buvo nustatyti informatyviausi elektromagnetinės spinduliuotės bangų ilgių spektriniai poribiai, skirti naudoti žemės ūkio paskirties žemės paviršiaus multispektrinei fotografijai. naudojant šiuolaikines nuotolinio stebėjimo sistemas. Piktžolių ir kultūrinių augalų spektrinių vaizdų analizė rodo, kad gautų spektrinio ryškumo kreivių būdingus skirtumus stebime mėlynos, žalios, raudonos ir artimosios infraraudonosios elektromagnetinės spinduliuotės poribiuose artimojo infraraudonųjų bangų ilgių poribyje.
Sunkesnė užduotis plačiam žemės ūkio paskirties žemės nuotolinio stebėjimo metodų naudojimui yra augalų ligų informacinių požymių nustatymas, ypač latentinėje formoje. Taip yra dėl to, kad daugelis informacinių ligų požymių spektriniu ryškumu yra panašūs į tiriamų augalų neinfekcinės patologijos požymius.
Teigiami rezultatai buvo gauti nustatant Kolorado vabalo bulvių ligas ir žalą bulvių augalams naudojant spektroradiometriją. Taikant šį metodą, nustatyta, kad bulvių sodinukus pažeidžiant vėlyvąjį marą (1 pav.), trečią dieną po užsikrėtimo stebime staigų atspindžio spektrinio ryškumo sumažėjimą, lyginant su sveikais augalais, o septintą dieną. dieną po užsikrėtimo spektrinio ryškumo vertės rodo, kad augalai beveik žuvo. Šiuo atveju vėlyvojo puvimo paveiktų augalų spektrinio ryškumo vertė yra artima atspindžio iš dirvožemio spektrinio ryškumo vertėms.
Kai bulves pažeidžia Kolorado vabalas, mes taip pat stebime, kad atspindžio spektrinis ryškumas sumažėja du–tris kartus, palyginti su augalais be kenkėjo. 2 paveiksle pateikti duomenys apie bulvių augalų atspindžio spektrinį ryškumą, atsižvelgiant į skirtingus jų pažeidimo laipsnius. Gauti duomenys turi didelę reikšmę nuotoliniam Kolorado vabalo bulvių augalų pažeidimo židinių nustatymo metodui.
Šiuo metu, remiantis tyrimais, atliktais siekiant nustatyti informacinius požymius, pagrįstus sveikų ir sergančių bulvių augalų, taip pat kolorado vabalo pažeistų augalų atspindžio spektriniu ryškumu, yra nustatyti informatyviausi elektromagnetinės spinduliuotės bangų ilgių spektriniai poribiai. daugiaspektrinės žemės ūkio paskirties žemės paviršiaus fotografijos naudojimas naudojant UAV ir SLA.
Nustatant ligas būtina atsižvelgti į Agrofizikos instituto tyrimų rezultatus, kurie leido nustatyti augalų, patiriančių azoto ir dirvožemio drėgmės trūkumą, atspindžio spektrines charakteristikas.
Gauti rezultatai svarbūs nustatant informacinius požymius, leidžiančius aiškiai atskirti, iššifruojant žemės ūkio naudmenų fitosanitarinę būklę, augalus, sergančius ligomis ir turinčius patologijų, kurias sukelia mineralinės mitybos ar dirvožemio drėgmės trūkumas.
Формирование библиотек спектральных образов болезней различных сельскохозяйственных культур, а также спектральных образов данных культур, испытывающих дефицит минерального питания или почвенной влаги, позволит по результатам дистанционного съема информации принимать обоснованные и оперативные решения по стабилизации фитосанитарной обстановки при наличии болезней или проводить комплекс агротехнических мероприятий для снятия стрессовых ситуаций на посевах, вызванных другими факторами.
Kita svarbi BVS naudojimo sritis yra jų naudojimas augalų apsaugos priemonėms. Pirmą kartą nepilotuojamų nuotoliniu būdu valdomų sraigtasparnių pavidalo UAV buvo pradėti naudoti Japonijoje 90-ųjų pradžioje ryžių laukams apdoroti pesticidais. Šiuo metu Kinijoje, kuri yra žemės ūkio dronų gamybos lyderė, apdorojimo plotas, kuriame naudojami UAV, jau viršija kelis milijonus hektarų. UAV rinka dinamiškai vystosi visame pasaulyje, šių orlaivių naudojimo apimtys kasmet išauga 400-500%. Ekspertų teigimu, UAV technologijų panaudojimas žemės ūkyje pasaulyje pasieks 5,7 mlrd.
Tarp žemės ūkio dronų rinkoje dominuoja Kinijos kompanija DJI, o labiausiai paplitęs modelis yra DJI Agras T16.
Atsižvelgiant į tai, kad dauguma šio modelio UAV dalių yra pagamintos iš kompozicinių medžiagų, įrenginio svoris neviršija 18,5 kg (be akumuliatoriaus). Su augalų apsaugos įranga, užpildant baką darbinio skysčio, mašinos kilimo svoris siekia 41 kg. Darbinio skysčio rezervuaro talpa yra 16 litrų, kai strėlėje yra aštuoni purkštukai. Šio drono modelio privalumas yra tas, kad jame yra įrengti radarai, kurie smarkiai sumažina susidūrimo su kliūtimis riziką, o taip pat suteikia galimybę veikti naktį naudojant prožektorius. Optimalus drono skrydžio aukštis virš lauko yra 2,5-3 metrai, o prireikus įrenginys gali pakilti iki 30 metrų (maksimalus horizontalus skrydžio aukštis). Šis aukštis reikalingas daugiamečiams sodinimams, augalams botanikos soduose ir miškuose gydyti nuo kenkėjų ir ligų.
Rusijos Federacijoje buvo gauta teigiamų rezultatų naudojant BVS kovojant su į peles panašiais graužikais (tyrimai buvo atlikti dalyvaujant VIZR ir įmonei Ginus). Nuotolinio stebėjimo ir geokoduoto rodenticidų panaudojimo į peles panašių graužikų urvuose bandymai parodė, kad naujosios technologijos tikslumas, palyginti su rankiniu naudojimu, yra 91%, palyginti su 97%.
Sukaupta praktinė patirtis naudojant UAV nuotoliniam Sosnovskio kiaulės paplitimo plotų stebėjimui, taip pat naudojant herbicidų purškimo technologiją nuo šios kenksmingos rūšies.
Nepaisant teigiamų UAV naudojimo žemės ūkyje rezultatų ir perspektyvų, teisės aktų ir norminių dokumentų srityje yra trūkumų, taip pat neišspręstų klausimų dėl jų veiksmingo ir saugaus naudojimo nuotoliniam stebėjimui ir augalų apsaugai, būtent:
- didelė UAV kaina su rizika prarasti įrenginį darbo metu;
- teisiniai naudojimo apribojimai: daugumoje pasaulio šalių UAV atliekant darbus turi būti operatoriaus matymo zonoje (atstumas ne didesnis kaip 500 metrų);
- poreikis registruotis, užregistruoti įrenginį (daugumoje šalių, jei jo svoris viršija 25 kg) ir gauti licenciją naudoti UAV komerciniais tikslais;
- papildomos brangios įrangos ir kvalifikuoto personalo poreikis: nepertraukiamam ir efektyviam UAV darbui būtina turėti bent tris papildomas baterijas ir generatorių joms įkrauti; ne mažiau kaip trys žmonės dalyvauja vienos mašinos aptarnavime;
- Didesnė priklausomybė nuo meteorologinių sąlygų. Vėjuotu oru labai sunku valdyti įrenginį, ypač pučiant stipriam šoniniam vėjui;
- nėra įteisintų augalų apsaugos produktų, naudojant BVS, naudojimo reglamentų pagal Federalinio įstatymo Nr. 109 „Dėl saugaus pesticidų ir agrocheminių medžiagų tvarkymo“ reikalavimus;
- reglamentuojančių dokumentų dėl saugaus UAV eksploatavimo žemės ūkyje trūkumas;
- draudimo rizikos standartų nebuvimas juridiniams ir fiziniams asmenims naudojant augalų apsaugos produktus naudojant BVS;
- aukšta kaina ir programinės įrangos produktų trūkumas, sprendžiant nuotolinio piktžolių, kenkėjų ir ligų fitosanitarinio stebėjimo, atsižvelgiant į ekonomines kenksmingumo ribas, bei automatinio jų rezultatų dekodavimo problemas.
Skubiai reikia sukurti regioninius operatorių mokymo ir UAV naudojimo stebėjimo ir augalų apsaugos technologinių taisyklių pramoninio bandymo centrus.
Vykdant žemės ūkio skaitmeninimo programas, būtina paspartinti didelių bazinių piktžolių, esančių pažeidžiamiausioje vystymosi fazėje etaloninių mėginių, duomenų bazių kūrimą, kad būtų galima naudoti herbicidus, ir etaloninius mėginius su būdingais informaciniais kenkėjų pažeidimo pagrindiniams augalams požymiais. . Taip pat svarbu baigti formuoti sveikų ir sergančių augalų spektrinių vaizdų bibliotekas, atsižvelgiant į mineralinės mitybos lygio ir agroklimato parametrų įtaką.
Anatolijus Lysovas, Federalinės valstybės biudžetinės įstaigos VIZR Integruotos augalų apsaugos laboratorijos vadovas, el. paštas lysov4949@yandex.ru