Чем беспилотники полезны фермерам и агрохолдингам

Сельскохозяйственные беспилотники предоставляют аграриям быстрый и эффективный инструмент актуализации территориальных данных, оценки урожая, выявления заболеваемости культур, отслеживания роста растений и многое другое. С RGB-камерами высокого разрешения и мультиспектральными камерами на борту такие БПЛА позволяют строить ортофотопланы, ЦММ, 3D-модели и карты вегетационных индексов. С их помощью можно выполнять инвентаризацию и мониторинг использования земель, проводить точные агрохимические исследования и контролировать полив растений. Проведение этих мероприятий снижает производственные затраты предприятий и повышает их доходность.

Инвентаризация и обследование земель

Актуальные и точные данные о площади обработки по каждому полю — фундаментальная основа современного сельского хозяйства: чем детальнее такая информация, тем тщательнее расчет затрат на его обработку. По данным GeosAero (компания занимается цифровой картографией с БПЛА), в среднем за 2020 год статистика по оцифрованным землям была следующей (статистика актуальна для агрохолдингов):

• 10-15 % — залежи;
• 2-10 % — леса;
• 0.5-2 % — лесополосы;
• 0.4-0.6 % — дороги.

Итого, почти 30 % земли, которая числится за хозяйством по кадастру, на деле может не использоваться, но участвовать в расчетах. Ошибка в территориальных данных обусловливает некорректность в расчете затрат на закупку семян, удобрения, пестицидов и т.д.

Решить эту проблему может инвентаризация земель с помощью БПЛА, которая гораздо точнее и производительнее, чем распространенные в настоящее время методы объезда поля по контуру или обрисовка по спутниковым данным (см. Таблицу 1). За раз беспилотник может отснять территорию до 4200 га при разрешении 10 см/пикс, а за день совершить до пяти полетов (например, GeosAero, имея три БПЛА «Геоскан 201 Агрогеодезия», выполняют по 15 полетов за сутки).

Таблица 1

Также стоит отметить, что при обследовании сельскохозяйственных земель БПЛА помогает обнаружить районы с сорняками, например, с борщевиком Сосновского, который опасен в том числе и для самого человека. Для этой цели ученые Сколтеха предложили использовать дрон с компактным компьютером на борту, выполняющим алгоритмы сегментации на основе полностью сверхточных нейронных сетей (FCNN), которые могут попиксельно идентифицировать ядовитый сорняк.

Мелиоративные мероприятия

ЦММ и ЦМР, построенные после АФС на основе данных с RGB-камер, также помогают определять засушливые и переувлажненные участки, создавать карты влажности почв и моделировать подтопления. Все эти сведения можно фиксировать, например, в ПО Agisoft Metashape Pro.

Восстановленная схема дренажной сети и места обнаружения устьев при наземных наблюдениях

Помимо беспилотников, проводящих АФС, возможно использование дронов-опрыскивателей. Наибольшую экономическую эффективность такой метод опрыскивания демонстрирует на склоновых полях и на территориях, где затруднено применение наземной техники. Однако недавнее экспериментальное исследование показало, что беспилотные опрыскиватели обладают рядом преимуществ даже в сравнении с самоходными. Так, при обработке двух участков с ячменем биологическая эффективность этих методов оказалась одинаковой, то есть результаты для посевов ничем не отличались. Тем не менее за счет двух факторов, а именно экономии воды для рабочего раствора и отсутствия механического воздействия на почву, беспилотная система опрыскивания продемонстрировала себя как более выгодная, чем традиционная.

Точное земледелие

Мероприятия, связанные с точным земледелием, направлены на обработку разных участков в разных объемах: например, там, где нужно удобрений больше, удобряют больше, и наоборот. Для реализации данного подхода поможет обычная АФС, данные с которой укажут на очевидные проблемы: пожелтение культур или их полегание. Однако сейчас всё чаще стала применяться мультиспектральная съемка: полученная информация позволяет строить карты вегетационных индексов (ВИ), указывающие на угнетенность растений раньше визуальных проявлений.

Среди мультиспектральных камер можно отметить MicaSense RedEdge-MX (производства США) и Geoscan Pollux (производства России). Обе позволяют вести съемку одновременно в пяти диапазонах (синем, красном, зеленом, дальнем красном и ближнем инфракрасном), однако вторую отличает большая производительность: благодаря разрешению 1440x1080 площадь съемки за один полет увеличивается на 12.5 % по сравнению с RedEdge-MX, разрешение которой составляет 1280x960.

Gemini с мультиспектральной камерой Geoscan Pollux на борту на проекте по АФС семи регионов на юге России

Наиболее известный вегетационный индекс — NDVI. Он получил широкое распространение за счет того, что его значение коррелирует с содержанием хлорофилла. Кроме того, у этого ВИ простая для вычисления формула.

В основе NDVI лежит измерение характеристик в двух участках спектра: красном и ближнем инфракрасном. Особенность всех зеленых растений, в которых активно проходит процесс фотосинтеза, заключается в том, что они хорошо поглощают первый из указанных спектров и отражают второй. При ухудшении состояния растительности по мере снижения содержания хлорофилла увеличивается коэффициент отражения в красном участке спектра — значение индекса NDVI снижается.

Важно еще раз подчеркнуть, что колебания на «индексном» уровне происходят намного раньше, чем растение начнет фактически желтеть. Так, оценка состояния сельскохозяйственных культур при проведении мультиспектральной съемки может заранее предсказать, что растение нуждается в подкормке или поливе.

Карта NDVI. Чем зеленее, тем интенсивнее вегетация (больше растений на квадратный метр и/или лучше их состояние)

Карты вегетационных индексов позволяют подготовить предписания для дифференцированного внесения удобрений, гербицидов (средств от сорняков), десикантов (веществ, специально подсушивающих растения, — нужны для улучшения качества механической уборки урожая). Это не только экономия средств, но и забота об экологии: избыточные азотные удобрения не вымываются с дождями в канавы и дальше в другие водоемы. Отслеживать результаты внесения препаратов можно также в специализированной программе, так как у фермера есть возможность строить внутри поля карты неоднородности.

К примеру, весной 2022 года было проведено обследование поля с озимой пшеницей, и по данным NDVI и рельефа местности на нем был легко выявлен проблемный участок. Полученные сведения в перспективе можно было бы использовать для дифференцированного внесения гербицидов, а также при распределении норм азотных удобрений.

Заключение

БПЛА помогают справляться с целым спектром разносторонних задач в сфере сельского хозяйства:

• определять несовпадения заявленных и фактических границ поля;
• выявлять участки пашни, не обрабатываемые из-за эрозии, и места с угнетенной растительностью;
• создавать карты высот, уклонов, профилей рельефа;
• моделировать стоки;
• строить гидрологические карты;
• контролировать проведение агротехнических мероприятий;
• создавать карты вегетационных индексов (например, NDVI) и сопровождать системы точного земледелия;
• мониторить состояния посевов и качество выполняемых работ на полях;
• планировать почвозащитные мероприятия.

В зависимости от задачи, поставленной перед вами, а также от объемов и расположения пашни и стоит выбирать беспилотник. Если сельскохозяйственные площади значительных размеров и расположены на равнинных полях, эффективен будет аппарат самолетного типа, например, Геоскан Lite или Геоскан 201. На второй БПЛА можно установить одновременно две полезные нагрузки: RGB-камеру Sony и мультиспектральную камеру Geoscan Pollux. Данные с первой используются для создания высокоточных ортофотопланов, карт высот, 3D-моделей, со второй — для карт вегетационных индексов.

Если же при проведении АФС есть проблемы с поиском точки взлета и если в вашем распоряжении участки небольших размеров, можно выбрать аппарат мультироторного типа. В портфеле Геоскана это 401-й и Gemini. Оба беспилотника также способны выполнять мультиспектральную съемку.

Если вы сомневаетесь в выборе БПЛА или хотите больше узнать о преимуществах их использования в агросфере, вы можете заполнить заявку на бесплатную консультацию. Цифровизация сельского хозяйства ― это проверенный курс на количественное и качественное улучшение урожая.