În urmă cu mai bine de o sută de ani, în vara anului 1922, de pe aerodromul metropolitan Khodynsky a decolat o aeronavă cu echipamente pentru efectuarea lucrărilor chimice aeriene prin pulverizare împotriva dăunătorilor și bolilor. Zborurile de test de succes au marcat începutul dezvoltării aviației agricole.
Astăzi, utilizarea diferitelor mijloace de aviație pentru protecția plantelor are o importanță economică deosebită, deoarece oferă posibilitatea de:
— monitorizarea de la distanță pe scară largă a culturilor agricole;
- masuri de protectie pe termen scurt si in locuri greu accesibile impotriva daunatorilor deosebit de periculosi (lacusta, molia de pajiste, rozatoare asemanatoare soricelului, gandacul cartofului de Colorado, broasca testoasa daunatoare) si bolilor (rugina bruna, molia tarzie, alternarioza);
- lucrarea solului cu umiditate puternică a solului, când echipamentele solului nu pot pătrunde în câmp, în special în lupta împotriva buruienilor;
– prelucrarea culturilor înalte (porumb, floarea soarelui) și semănatul culturilor de semințe;
— prelucrarea câmpurilor de orez;
- desicari;
– prelucrarea culturilor pe pante cu panta mai mare de 7 grade, unde echipamentele de stropire la sol nu pot functiona.
În Uniunea Sovietică, baza flotei de aviație agricolă a fost AN-2. În prezent, dezvoltarea aviației agricole se îndreaptă către o extindere semnificativă a utilizării aeronavelor ultrauşoare (ALV) și a vehiculelor aeriene fără pilot (UAV), care sunt mult mai ieftine decât aeronavele grele. În conformitate cu Regulile federale de aviație și cu Codul aerian al Federației Ruse, un aparat (aeronava) se numește ultraușoară dacă are:
- greutatea maximă la decolare nu mai mare de 495 kg (excluzând echipamentul de salvare aviatic);
- viteza maximă de blocare de calibrare (viteza minimă de zbor) nu mai mult de 65 km/h.
Vehiculele aeriene fără pilot (UAV) includ vehicule ale căror zboruri sunt controlate de piloți care se află în afara bordului (piloți externi).
Caracteristicile modului corect de utilizare a UAV sunt determinate de greutatea maximă la decolare:
- pana la 250 g - nu sunt supuse inregistrarii de stat sau contabilitatii;
- de la 250 g la 30 kg - sunt supuse contabilitatii obligatorii de stat;
- de la 30 kg și mai mult - sunt supuse înregistrării de stat.
Avantajele importante ale utilizării UAV și ALS sunt:
— fără pierderi din cauza daunelor aduse recoltelor de către roți sau a necesității de a folosi cărări tehnologice (în comparație cu echipamentele de la sol);
- eficiență ridicată, reducând în același timp costurile de operare (comparativ cu aeronavele grele, deoarece aceste aeronave nu trebuie să aibă aerodromuri echipate).
Utilizarea vehiculelor aeriene fără pilot ajută la rezolvarea următoarelor sarcini:
- obținerea de informații detaliate privind realizarea unei baze cartografice a terenurilor agricole și amplasarea obiectelor agricole cu coordonatele exacte ale acestora pentru planificarea și controlul proceselor tehnologice ale producției agricole;
– efectuarea monitorizării la distanță pe baza imagisticii multispectrale a suprafeței subiacente a terenurilor agricole pentru a determina starea și dezvoltarea culturilor, prezicerea randamentelor pe baza calculului indicelui de vegetație pe baza rezultatelor imagistică spectrală etc.;
– controlul operațional în timp real asupra funcționării echipamentelor terestre și a calității lucrărilor agrotehnice;
– monitorizarea fitosanitară geocodificată a terenurilor agricole pentru a determina nivelul de buruieni a culturilor, prezența dăunătorilor și manifestările bolilor într-un stadiu incipient de dezvoltare, inclusiv în formă latentă;
Utilizarea UAV pentru fotografierea aeriană a terenurilor agricole asigură, în comparație cu imaginile din satelit, obținerea de imagini cu o rezoluție mai mare (până la un centimetru pe punct) și, cel mai important, face posibilă efectuarea acestor lucrări în prezența denselor. nori (împușcarea folosind nave spațiale în astfel de perioade este imposibilă).
Să ne oprim mai în detaliu asupra monitorizării fitosanitare a culturilor. Recent, volumul de utilizare a produselor de protecție a plantelor în Rusia a crescut constant: conform statisticilor, la fiecare cinci ani, începând din 2010, acestea s-au dublat și în 2020 au ajuns la 221 de mii de tone. Odată cu creșterea utilizării produselor de protecție a plantelor, fermele trebuie să asigure colectarea și prelucrarea promptă a informațiilor privind starea fitosanitar a terenurilor agricole. Fără aceste informații, este imposibil să se rezolve problemele suportului tehnologic pentru utilizarea rațională și sigură a produselor de protecție a plantelor într-un interval de timp agricol scurt. Metodele existente de inspectare a traseului la sol a câmpurilor nu permit obținerea rapidă și în volumul adecvat a informațiilor necesare. În acest sens, în străinătate și în țara noastră se lucrează activ pentru dezvoltarea unor metode performante de la distanță de preluare a informațiilor pentru planificarea și realizarea măsurilor de protecție a plantelor. Pentru monitorizarea operațională fitosanitar de la distanță, vehiculele aeriene fără pilot sunt cele mai utilizate, oferind imagini video geocodate, multispectrale și hiperspectrale ale suprafeței de bază a Pământului.
De menționat că problemele utilizării metodelor de la distanță de regăsire a informațiilor în domeniul combaterii buruienilor (determinarea locației buruienilor în câmp, evaluarea pierderilor de recolte, cartografierea zonelor de daune) au fost deja parțial rezolvate. În acest domeniu, în cadrul unui acord de cooperare științifică și tehnică, au fost efectuate cercetări cu participarea specialiștilor de la VIZR, Universitatea de Instrumentare Aerospațială (Sankt Petersburg), Academia Agrară Samara și Ptero LLC (Moscova). Rezultate pozitive au fost obținute din utilizarea BVS pentru metodele de la distanță de regăsire a informațiilor bazate pe spectrometrie pentru a evalua infestarea culturilor de cereale și a plantărilor de cartofi pentru mai mult de 20 de tipuri de buruieni, inclusiv una atât de dăunătoare precum hogweed Sosnowsky. Datele au fost obținute pe baza determinării și analizei caracteristicilor spectrale de reflexie de la plantele cultivate și buruienile în intervalul de lungimi de undă de 300-1100 nm.
Astfel, în cursul studiilor efectuate pentru identificarea trăsăturilor definitorii bazate pe luminozitatea spectrală a reflexiei de la plantele cultivate și buruieni, s-au stabilit cele mai informative subdomenii spectrale ale lungimilor de undă ale radiațiilor electromagnetice pentru utilizarea imaginilor multispectrale a suprafeței subiacente a terenurilor agricole utilizând utilizarea modernă. sisteme de teledetecție. O analiză a imaginilor spectrale ale buruienilor și plantelor cultivate arată că observăm diferențe caracteristice în curbele de luminozitate spectrală obținute în subdomeniile de radiații electromagnetice albastru, verde, roșu și infraroșu apropiat în subgama de lungimi de undă în infraroșu apropiat.
O sarcină mai dificilă pentru utilizarea pe scară largă a metodelor de teledetecție a terenurilor agricole este determinarea semnelor informative ale bolilor plantelor și, mai ales, într-o formă latentă. Acest lucru se datorează faptului că multe semne informative ale bolilor sunt similare ca luminozitate spectrală cu semnele de patologie neinfecțioasă a plantelor studiate.
S-au obținut rezultate pozitive pentru determinarea bolilor cartofului și a daunelor plantelor de cartof de către gândacul de Colorado prin spectroradiometrie. Folosind această metodă, s-a constatat că la plantarea cartofilor sunt afectați de blenă târzie (Fig. 1), în a treia zi după infectare, observăm o scădere bruscă a luminozității spectrale a reflexiei în comparație cu plantele sănătoase și pe a șaptea zi după infectare, valorile luminozității spectrale arată că plantele sunt practic moarte. În acest caz, valoarea luminozității spectrale la plantele afectate de gripă târzie este apropiată de valorile luminozității spectrale a reflexiei din sol.
Când cartofii sunt deteriorați de gândacul de Colorado, observăm, de asemenea, o scădere a valorilor luminozității reflexiei spectrale de două până la trei ori în comparație cu plantele fără deteriorare de către dăunător. Figura 2 prezintă date despre luminozitatea spectrală a reflexiei plantelor de cartofi, ținând cont de gradul diferit de deteriorare a acestora. Datele obținute sunt de mare importanță pentru metoda de la distanță de detectare a leziunilor plantelor de cartof de către gândacul cartofului de Colorado.
În prezent, pe baza studiilor efectuate pentru a determina caracteristicile informative bazate pe luminozitatea spectrală a reflexiei de la plantele de cartofi sănătoase și bolnave, precum și cele deteriorate de gândacul de Colorado, cele mai informative subgamii spectrale ale lungimilor de undă ale radiațiilor electromagnetice au fost stabilit pentru utilizarea imaginilor multispectrale a suprafeței subiacente a terenurilor agricole folosind BVS și SLA.
La determinarea bolilor, este necesar să se țină seama de rezultatele cercetărilor Institutului de Agrofizică, care au făcut posibilă determinarea caracteristicilor spectrale ale reflexiei plantelor care au deficit de azot și umiditate a solului.
Rezultatele obținute sunt importante pentru identificarea trăsăturilor informative care să permită distingerea clară, la descifrarea stării fitosanitare a terenurilor agricole, a plantelor afectate de boli și a celor cu patologii cauzate de deficitul de nutriție minerală sau de umiditate a solului.
Formarea de biblioteci de imagini spectrale ale bolilor diferitelor culturi, precum și imagini spectrale ale acestor culturi care sunt deficitare în nutriția minerală sau umiditatea solului, va permite, pe baza rezultatelor preluării de la distanță a informațiilor, să se ia decizii rezonabile și prompte. de a stabiliza situaţia fitosanitară în prezenţa bolilor sau de a efectua un set de măsuri agrotehnice pentru ameliorarea situaţiilor de stres asupra culturilor cauzate de alţi factori.
Următoarea direcție importantă în utilizarea BVS este aplicarea acestora pentru măsurile de protecție a plantelor. Pentru prima dată, UAV-urile sub formă de elicoptere fără pilot telecomandate au început să fie folosite în Japonia la începutul anilor 90 pentru tratarea câmpurilor de orez cu pesticide. În prezent, în China, care este lider în producția de drone agricole, suprafața cultivată cu ajutorul UAV-urilor depășește deja câteva milioane de hectare. Piața UAV se dezvoltă și ea dinamic în întreaga lume, volumul de utilizare al acestor aeronave crește anual cu 400-500%. Potrivit experților, utilizarea tehnologiilor UA în agricultură în lume va atinge o valoare de piață de 5,7 miliarde de dolari.
Dintre dronele agricole, piața este dominată de compania chineză DJI, iar cel mai răspândit model este DJI Agras T16.
Datorită faptului că majoritatea pieselor UAV ale acestui model sunt realizate din materiale compozite, greutatea dispozitivului nu depășește 18,5 kg (fără baterie). Cu echipamente de protecție a plantelor, la umplerea rezervorului cu fluid de lucru, greutatea la decolare a mașinii ajunge la 41 kg. Capacitatea rezervorului pentru fluidul de lucru este de 16 litri atunci când brațul este echipat cu opt duze. Avantajul acestui model de dronă este că este echipat cu radare, ceea ce reduce drastic riscul de coliziune cu obstacole și oferă, de asemenea, posibilitatea de a lucra pe timp de noapte, folosind proiectoare. Înălțimea optimă de zbor a dronei deasupra câmpului este de 2,5-3 metri, iar dacă este necesar, dispozitivul se poate ridica la 30 de metri (înălțimea maximă de zbor orizontală). Această înălțime este necesară pentru tratarea plantațiilor perene, a plantelor din grădinile botanice și a pădurilor de dăunători și boli.
În Federația Rusă, s-au obținut rezultate pozitive privind utilizarea BVS pentru controlul rozătoarelor murine (studiile au fost efectuate cu participarea VIZR și a companiei Ginus). Testele de producție de monitorizare de la distanță și aplicarea geocodificată a rodenticidelor în vizuinile rozătoarelor asemănătoare șoarecilor au arătat că acuratețea noii tehnologii în comparație cu aplicarea manuală este de 91% față de 97%.
S-a acumulat experiență practică cu privire la utilizarea BVS pentru monitorizarea de la distanță a zonelor de distribuție a hogweed Sosnowsky, precum și utilizarea tehnologiei de pulverizare cu erbicide împotriva acestei specii dăunătoare.
În ciuda rezultatelor pozitive și a perspectivelor de utilizare a AU în agricultură, există neajunsuri, precum și probleme nerezolvate în domeniul legislației și al documentelor de reglementare privind utilizarea eficientă și sigură a acestora pentru monitorizarea de la distanță și protecția plantelor, și anume:
- cost ridicat al UAV cu riscul pierderii aparatului în timpul executării lucrărilor;
- restricții legale privind utilizarea: în majoritatea țărilor lumii, UAV-ul în timpul efectuării lucrărilor trebuie să fie în raza vizuală a operatorului (distanța nu este mai mare de 500 de metri);
- necesitatea înregistrării, înregistrării dispozitivului (în majoritatea țărilor, dacă masa acestuia depășește 25 kg) și obținerea unei licențe de utilizare a UAV-ului în scopuri comerciale;
- nevoia de echipamente suplimentare costisitoare și personal calificat: pentru funcționarea neîntreruptă și eficientă a UAV, este necesar să aveți cel puțin trei baterii suplimentare, un generator pentru a le încărca; cel puțin trei persoane sunt angajate în întreținerea unui autoturism;
- dependență mare de condițiile meteorologice. Pe vreme cu vânt, controlul aparatului este foarte dificil, mai ales cu vânt lateral puternic;
- lipsa reglementărilor legalizate pentru utilizarea produselor de protecție a plantelor folosind BVS în conformitate cu cerințele Legii federale nr. 109 „Cu privire la manipularea în siguranță a pesticidelor și agrochimicelor”;
- lipsa documentelor de reglementare pentru funcționarea în siguranță a UAV-urilor în agricultură;
- lipsa standardelor de risc de asigurare pentru persoane juridice și persoane fizice atunci când folosesc produse de protecție a plantelor cu ajutorul BVS;
- prețul ridicat și lipsa produselor software pentru rezolvarea problemelor de monitorizare fitosanitar de la distanță a buruienilor, dăunătorilor și bolilor, ținând cont de pragurile economice de nocivitate, precum și de decodarea automată a rezultatelor acestora.
Există o nevoie urgentă de a crea centre regionale pentru formarea operatorilor și aprobarea producției a procedurilor tehnologice pentru utilizarea UAS pentru monitorizarea și protejarea instalațiilor.
În cadrul digitalizării programelor de agricultură, este necesară accelerarea dezvoltării unor baze de date mari de mostre de referință de buruieni în cea mai vulnerabilă fază de dezvoltare pentru utilizarea erbicidelor și a probelor de referință cu semne informative caracteristice de deteriorare a dăunătorilor culturilor majore. Este la fel de important să se finalizeze formarea bibliotecilor de imagini spectrale ale plantelor sănătoase și bolnave, ținând cont de influența nivelului de nutriție minerală și a parametrilor agroclimatici.
Anatoly Lysov, șeful Laboratorului de protecție integrată a plantelor, VIZR, e-mail: lysov4949@yandex.ru