Πριν από περισσότερα από εκατό χρόνια, το καλοκαίρι του 1922, ένα αεροσκάφος με εξοπλισμό για την εκτέλεση εναέριων χημικών εργασιών με ψεκασμό κατά παρασίτων και ασθενειών απογειώθηκε από το μητροπολιτικό αεροδρόμιο Khodynsky. Οι επιτυχημένες δοκιμαστικές πτήσεις σηματοδότησαν την αρχή της ανάπτυξης της γεωργικής αεροπορίας.
Σήμερα, η χρήση διαφόρων αεροπορικών μέσων για την προστασία των φυτών έχει μεγάλη οικονομική σημασία, καθώς παρέχει τη δυνατότητα:
— μεγάλης κλίμακας τηλεπαρακολούθηση των γεωργικών καλλιεργειών.
- προστατευτικά μέτρα βραχυπρόθεσμα και σε δυσπρόσιτα μέρη έναντι ιδιαίτερα επικίνδυνων παρασίτων (ακρίδες, σκόρος λιβαδιού, τρωκτικά που μοιάζουν με ποντίκια, σκαθάρι του Κολοράντο, επιβλαβής χελώνα) και ασθένειες (καφετιά σκουριά, όψιμη προσβολή, αλτερνάριο).
- όργωμα με ισχυρή υγρασία του εδάφους, όταν ο εξοπλισμός εδάφους δεν μπορεί να εισέλθει στο χωράφι, ειδικά για την καταπολέμηση των ζιζανίων.
– επεξεργασία ψηλών καλλιεργειών (καλαμπόκι, ηλίανθος) και σπορά σπόρων·
— μεταποίηση ορυζώνων·
- αποξήρανση.
– επεξεργασία καλλιεργειών σε πλαγιές με κλίση άνω των 7 μοιρών, όπου ο εξοπλισμός ψεκασμού εδάφους δεν μπορεί να λειτουργήσει.
Στη Σοβιετική Ένωση, η βάση του στόλου της γεωργικής αεροπορίας ήταν το AN-2. Επί του παρόντος, η ανάπτυξη της γεωργικής αεροπορίας κινείται προς μια σημαντική επέκταση της χρήσης υπερελαφρών αεροσκαφών (ALV) και μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAV), τα οποία είναι πολύ φθηνότερα από τα βαρέα αεροσκάφη. Σύμφωνα με τους Ομοσπονδιακούς Κανόνες Αεροπορίας και τον Αεροπορικό Κώδικα της Ρωσικής Ομοσπονδίας, μια συσκευή (αεροσκάφος) ονομάζεται υπερελαφρύ εάν έχει:
- μέγιστο βάρος απογείωσης όχι μεγαλύτερο από 495 κιλά (εξαιρουμένου του εξοπλισμού διάσωσης αεροπορίας)·
- μέγιστη ταχύτητα διακοπής βαθμονόμησης (ελάχιστη ταχύτητα πτήσης) όχι μεγαλύτερη από 65 km/h.
Τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV) περιλαμβάνουν οχήματα των οποίων οι πτήσεις ελέγχονται από πιλότους που βρίσκονται εκτός του σκάφους (εξωτερικοί πιλότοι).
Τα χαρακτηριστικά του σωστού τρόπου χρήσης του UAV καθορίζονται από το μέγιστο βάρος απογείωσης:
- έως 250 g - δεν υπόκεινται σε κρατική εγγραφή ή λογιστική.
- από 250 g έως 30 kg - υπόκεινται σε υποχρεωτική κρατική λογιστική.
- από 30 κιλά και άνω - υπόκεινται σε κρατική εγγραφή.
Σημαντικά πλεονεκτήματα της χρήσης UAV και ALS είναι:
— δεν υπάρχουν απώλειες από ζημιές στις καλλιέργειες από τροχούς ή από την ανάγκη χρήσης γραμμών τραμ (σε σύγκριση με εξοπλισμό εδάφους)·
- υψηλή απόδοση με ταυτόχρονη μείωση του λειτουργικού κόστους (σε σύγκριση με τα βαρέα αεροσκάφη, καθώς αυτά τα αεροσκάφη δεν χρειάζεται να διαθέτουν εξοπλισμένα αεροδρόμια).
Η χρήση μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων βοηθά στην επίλυση των ακόλουθων εργασιών:
- λήψη λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με τη δημιουργία μιας χαρτογραφικής βάσης γεωργικής γης και την τοποθέτηση γεωργικών αντικειμένων με τις ακριβείς συντεταγμένες τους για τον σχεδιασμό και τον έλεγχο των τεχνολογικών διαδικασιών της γεωργικής παραγωγής·
– διεξαγωγή απομακρυσμένης παρακολούθησης με βάση πολυφασματική απεικόνιση της υποκείμενης επιφάνειας της γεωργικής γης για τον προσδιορισμό της κατάστασης και της ανάπτυξης των καλλιεργειών, την πρόβλεψη των αποδόσεων με βάση τον υπολογισμό του δείκτη βλάστησης με βάση τα αποτελέσματα της φασματικής απεικόνισης κ.λπ.
– ο λειτουργικός έλεγχος σε πραγματικό χρόνο της λειτουργίας του επίγειου εξοπλισμού και της ποιότητας των αγροτεχνικών εργασιών·
– γεωκωδικοποιημένη φυτοϋγειονομική παρακολούθηση των γεωργικών εκτάσεων για τον προσδιορισμό του επιπέδου ζιζανιογένεσης των καλλιεργειών, της παρουσίας παρασίτων και των εκδηλώσεων ασθενειών σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης, συμπεριλαμβανομένης της λανθάνουσας μορφής·
Η χρήση UAV για αεροφωτογράφηση γεωργικής γης παρέχει, σε σύγκριση με δορυφορικές εικόνες, λήψη εικόνων με υψηλότερη ανάλυση (έως ένα εκατοστό ανά σημείο) και, το πιο σημαντικό, καθιστά δυνατή την εκτέλεση αυτών των εργασιών παρουσία πυκνού σύννεφα (η λήψη με διαστημόπλοιο σε τέτοιες περιόδους είναι αδύνατη).
Ας σταθούμε αναλυτικότερα στη φυτοϋγειονομική παρακολούθηση των καλλιεργειών. Πρόσφατα, ο όγκος χρήσης φυτοπροστατευτικών προϊόντων στη Ρωσία αυξάνεται σταθερά: σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, κάθε πέντε χρόνια, ξεκινώντας από το 2010, διπλασιάζονταν και το 2020 έφτασαν τους 221 χιλιάδες τόνους. Με την αύξηση της χρήσης φυτοπροστατευτικών προϊόντων, οι εκμεταλλεύσεις πρέπει να διασφαλίζουν την ταχεία συλλογή και επεξεργασία πληροφοριών σχετικά με τη φυτοϋγειονομική κατάσταση των γεωργικών αγρών. Χωρίς αυτές τις πληροφορίες, είναι αδύνατο να επιλυθούν τα προβλήματα της τεχνολογικής υποστήριξης για την ορθολογική και ασφαλή χρήση των φυτοπροστατευτικών προϊόντων σε σύντομο γεωργικό χρονικό πλαίσιο. Οι υφιστάμενες μέθοδοι επιθεώρησης των πεδίων επίγειας διαδρομής δεν επιτρέπουν την απόκτηση των απαραίτητων πληροφοριών γρήγορα και στον κατάλληλο όγκο. Στο πλαίσιο αυτό, διεξάγονται ενεργά εργασίες στο εξωτερικό και στη χώρα μας για την ανάπτυξη μεθόδων εξ αποστάσεως υψηλών επιδόσεων για την ανάκτηση πληροφοριών για τον σχεδιασμό και τη διενέργεια φυτοπροστατευτικών μέτρων. Για την επιχειρησιακή απομακρυσμένη φυτοϋγειονομική παρακολούθηση, τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα χρησιμοποιούνται ευρέως, παρέχοντας γεωκωδικοποιημένα βίντεο, πολυφασματικές και υπερφασματικές εικόνες της υποκείμενης επιφάνειας της Γης.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα ζητήματα χρήσης μεθόδων εξ αποστάσεως ανάκτησης πληροφοριών στον τομέα της καταπολέμησης των ζιζανίων (καθορισμός της θέσης των ζιζανίων στο χωράφι, εκτίμηση απωλειών καλλιεργειών, χαρτογράφηση ζωνών ζημιάς) έχουν ήδη επιλυθεί εν μέρει. Στον τομέα αυτό, στο πλαίσιο συμφωνίας επιστημονικής και τεχνικής συνεργασίας, πραγματοποιήθηκε έρευνα με τη συμμετοχή ειδικών από το VIZR, το University of Aerospace Instrumentation (Αγία Πετρούπολη), την Samara Agrarian Academy και την Ptero LLC (Μόσχα). Έχουν ληφθεί θετικά αποτελέσματα από τη χρήση του BVS για απομακρυσμένες μεθόδους ανάκτησης πληροφοριών με βάση τη φασματομετρία για την αξιολόγηση της προσβολής από καλλιέργειες σιτηρών και φυτείες πατάτας για περισσότερους από 20 τύπους ζιζανίων, συμπεριλαμβανομένου ενός επιβλαβούς όπως το χοιρινό του Sosnowsky. Τα δεδομένα ελήφθησαν με βάση τον προσδιορισμό και την ανάλυση των φασματικών χαρακτηριστικών ανάκλασης από καλλιεργούμενα φυτά και ζιζάνια στην περιοχή μήκους κύματος 300-1100 nm.
Έτσι, κατά τη διάρκεια των μελετών που διεξήχθησαν για τον εντοπισμό καθοριστικών χαρακτηριστικών με βάση τη φασματική φωτεινότητα της ανάκλασης από καλλιεργούμενα και ζιζάνια φυτά, καθορίστηκαν οι πιο ενημερωτικές φασματικές υποπεριοχές μηκών κύματος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας για τη χρήση πολυφασματικής απεικόνισης της υποκείμενης επιφάνειας γεωργικής γης χρησιμοποιώντας σύγχρονες συστήματα τηλεπισκόπησης. Μια ανάλυση των φασματικών εικόνων των ζιζανίων και των καλλιεργούμενων φυτών δείχνει ότι παρατηρούμε χαρακτηριστικές διαφορές στις λαμβανόμενες καμπύλες φασματικής φωτεινότητας στις υποπεριοχές της μπλε, πράσινης, κόκκινης και σχεδόν υπέρυθρης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο κοντινό υπέρυθρο υποεύρος μηκών κύματος.
Ένα πιο δύσκολο έργο για την ευρεία χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης γεωργικών εκτάσεων είναι ο προσδιορισμός ενημερωτικών ενδείξεων φυτικών ασθενειών και κυρίως σε λανθάνουσα μορφή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι πολλά ενημερωτικά σημάδια ασθενειών είναι παρόμοια σε φασματική φωτεινότητα με σημάδια μη μολυσματικής παθολογίας των φυτών που μελετήθηκαν.
Ελήφθησαν θετικά αποτελέσματα για τον προσδιορισμό των ασθενειών της πατάτας και των ζημιών στα φυτά της πατάτας από το σκαθάρι της πατάτας του Κολοράντο χρησιμοποιώντας φασματοραδιομετρία. Κατά τη χρήση αυτής της μεθόδου, διαπιστώθηκε ότι όταν η φύτευση πατάτας επηρεάζεται από την όψιμη προσβολή (Εικ. 1), την τρίτη ημέρα μετά τη μόλυνση, παρατηρούμε μια απότομη μείωση της φασματικής φωτεινότητας της ανάκλασης σε σύγκριση με υγιή φυτά και την έβδομη ημέρα μετά τη μόλυνση, οι τιμές της φασματικής φωτεινότητας δείχνουν ότι τα φυτά έχουν σχεδόν πεθάνει. Σε αυτή την περίπτωση, η τιμή της φασματικής φωτεινότητας στα φυτά που επηρεάζονται από την όψιμη μάστιγα είναι κοντά στις τιμές της φασματικής φωτεινότητας της ανάκλασης από το έδαφος.
Όταν οι πατάτες καταστραφούν από το σκαθάρι της πατάτας του Κολοράντο, παρατηρούμε επίσης μείωση των τιμών της φωτεινότητας της φασματικής ανάκλασης κατά δύο έως τρεις φορές σε σύγκριση με φυτά χωρίς ζημιά από το παράσιτο. Το σχήμα 2 δείχνει δεδομένα σχετικά με τη φασματική φωτεινότητα της ανάκλασης των φυτών πατάτας, λαμβάνοντας υπόψη τον διαφορετικό βαθμό της ζημιάς τους. Τα δεδομένα που ελήφθησαν έχουν μεγάλη σημασία για την απομακρυσμένη μέθοδο ανίχνευσης βλαβών φυτών πατάτας από το σκαθάρι της πατάτας του Κολοράντο.
Επί του παρόντος, με βάση τις μελέτες που πραγματοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό ενημερωτικών χαρακτηριστικών με βάση τη φασματική φωτεινότητα της ανάκλασης από υγιή και άρρωστα φυτά πατάτας, καθώς και από εκείνα που έχουν υποστεί ζημιά από το σκαθάρι της πατάτας του Κολοράντο, οι πιο ενημερωτικές φασματικές υποπεριοχές μηκών κύματος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας έχουν καθιερώθηκε για τη χρήση πολυφασματικής απεικόνισης της υποκείμενης επιφάνειας γεωργικής γης με χρήση BVS και SLA.
Κατά τον προσδιορισμό των ασθενειών, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα αποτελέσματα της έρευνας του Αγροφυσικού Ινστιτούτου, τα οποία κατέστησαν δυνατό τον προσδιορισμό των φασματικών χαρακτηριστικών της ανάκλασης φυτών που έχουν έλλειψη αζώτου και υγρασίας του εδάφους.
Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται είναι σημαντικά για τον εντοπισμό ενημερωτικών χαρακτηριστικών που καθιστούν δυνατή τη σαφή διάκριση, κατά την αποκρυπτογράφηση της φυτοϋγειονομικής κατάστασης της γεωργικής γης, των φυτών που έχουν προσβληθεί από ασθένειες και εκείνων με παθολογίες που προκαλούνται από ανεπάρκεια ορυκτής διατροφής ή υγρασίας του εδάφους.
Ο σχηματισμός βιβλιοθηκών φασματικών εικόνων ασθενειών διαφόρων καλλιεργειών, καθώς και φασματικών εικόνων αυτών των καλλιεργειών που είναι ανεπαρκείς σε μεταλλική θρέψη ή υγρασία του εδάφους, θα επιτρέψει, με βάση τα αποτελέσματα της απομακρυσμένης ανάκτησης πληροφοριών, τη λήψη λογικών και έγκαιρων αποφάσεων να σταθεροποιήσει τη φυτοϋγειονομική κατάσταση παρουσία ασθενειών ή να πραγματοποιήσει μια σειρά αγροτεχνικών μέτρων για την ανακούφιση καταστάσεων πίεσης στις καλλιέργειες που προκαλούνται από άλλους παράγοντες.
Η επόμενη σημαντική κατεύθυνση στη χρήση των BVS είναι η εφαρμογή τους για φυτοπροστατευτικά μέτρα. Για πρώτη φορά, UAV με τη μορφή μη επανδρωμένων τηλεκατευθυνόμενων ελικοπτέρων άρχισαν να χρησιμοποιούνται στην Ιαπωνία στις αρχές της δεκαετίας του '90 για την επεξεργασία των ορυζώνων με φυτοφάρμακα. Προς το παρόν, στην Κίνα, η οποία κατέχει ηγετική θέση στην παραγωγή γεωργικών drones, η καλλιεργούμενη έκταση με τη βοήθεια UAV ξεπερνά ήδη πολλά εκατομμύρια εκτάρια. Η αγορά UAV αναπτύσσεται επίσης δυναμικά σε όλο τον κόσμο, ο όγκος χρήσης αυτών των αεροσκαφών αυξάνεται ετησίως κατά 400-500%. Σύμφωνα με τους ειδικούς, η χρήση των τεχνολογιών UA στη γεωργία στον κόσμο θα φτάσει στην αγοραία αξία των 5,7 δισεκατομμυρίων δολαρίων.
Από αγροτικά drones, στην αγορά κυριαρχεί η κινεζική εταιρεία DJI και το πιο διαδεδομένο μοντέλο είναι το DJI Agras T16.
Λόγω του γεγονότος ότι τα περισσότερα από τα μέρη UAV αυτού του μοντέλου είναι κατασκευασμένα από σύνθετα υλικά, το βάρος της συσκευής δεν υπερβαίνει τα 18,5 kg (χωρίς μπαταρία). Με εξοπλισμό φυτοπροστασίας, κατά την πλήρωση της δεξαμενής με υγρό εργασίας, το βάρος απογείωσης του μηχανήματος φτάνει τα 41 κιλά. Η χωρητικότητα της δεξαμενής για το υγρό εργασίας είναι 16 λίτρα όταν η μπούμα είναι εξοπλισμένη με οκτώ ακροφύσια. Το πλεονέκτημα αυτού του μοντέλου drone είναι ότι είναι εξοπλισμένο με ραντάρ, γεγονός που μειώνει δραστικά τον κίνδυνο σύγκρουσης με εμπόδια και παρέχει επίσης τη δυνατότητα εργασίας τη νύχτα, χρησιμοποιώντας προβολείς. Το βέλτιστο ύψος πτήσης του drone πάνω από το πεδίο είναι 2,5-3 μέτρα και εάν είναι απαραίτητο, η συσκευή μπορεί να ανέλθει στα 30 μέτρα (μέγιστο ύψος οριζόντιας πτήσης). Αυτό το ύψος είναι απαραίτητο για την αντιμετώπιση πολυετών φυτειών, φυτών σε βοτανικούς κήπους και δάση από παράσιτα και ασθένειες.
Στη Ρωσική Ομοσπονδία, έχουν ληφθεί θετικά αποτελέσματα σχετικά με τη χρήση του BVS για τον έλεγχο των τρωκτικών ποντικών (οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν με τη συμμετοχή της VIZR και της εταιρείας Ginus). Δοκιμές παραγωγής απομακρυσμένης παρακολούθησης και γεωκωδικοποιημένης εφαρμογής τρωκτικοκτόνων στα λαγούμια τρωκτικών που μοιάζουν με ποντίκια έδειξαν ότι η ακρίβεια της νέας τεχνολογίας σε σύγκριση με τη χειροκίνητη εφαρμογή είναι 91% έναντι 97%.
Έχει συσσωρευτεί πρακτική εμπειρία σχετικά με τη χρήση του BVS για την απομακρυσμένη παρακολούθηση των περιοχών διανομής του χοιρινού χοιρινού Sosnowsky, καθώς και τη χρήση της τεχνολογίας ψεκασμού ζιζανιοκτόνων κατά αυτού του επιβλαβούς είδους.
Παρά τα θετικά αποτελέσματα και τις προοπτικές χρήσης UA στη γεωργία, υπάρχουν ελλείψεις, καθώς και ανεπίλυτα ζητήματα στον τομέα της νομοθεσίας και των κανονιστικών εγγράφων σχετικά με την αποτελεσματική και ασφαλή χρήση τους για απομακρυσμένη παρακολούθηση και φυτοπροστασία, και συγκεκριμένα:
- υψηλό κόστος UAV με κίνδυνο απώλειας της συσκευής κατά την εκτέλεση της εργασίας.
- νομικοί περιορισμοί χρήσης: στις περισσότερες χώρες του κόσμου, το UAV κατά την εκτέλεση της εργασίας πρέπει να βρίσκεται εντός της οπτικής γωνίας του χειριστή (η απόσταση δεν υπερβαίνει τα 500 μέτρα).
- την ανάγκη εγγραφής, εγγραφής της συσκευής (στις περισσότερες χώρες, εάν η μάζα της υπερβαίνει τα 25 κιλά) και απόκτησης άδειας χρήσης του UAV για εμπορικούς σκοπούς·
- την ανάγκη για πρόσθετο ακριβό εξοπλισμό και εξειδικευμένο προσωπικό: για την αδιάλειπτη και αποτελεσματική λειτουργία του UAV, είναι απαραίτητο να υπάρχουν τουλάχιστον τρεις επιπλέον μπαταρίες, μια γεννήτρια για τη φόρτισή τους. τουλάχιστον τρία άτομα ασχολούνται με τη συντήρηση ενός αυτοκινήτου.
- μεγάλη εξάρτηση από τις μετεωρολογικές συνθήκες. Σε καιρό με άνεμο, ο έλεγχος της συσκευής είναι πολύ δύσκολος, ειδικά με ισχυρό πλευρικό άνεμο.
- έλλειψη νομιμοποιημένων κανονισμών για τη χρήση φυτοπροστατευτικών προϊόντων που χρησιμοποιούν BVS σύμφωνα με τις απαιτήσεις του ομοσπονδιακού νόμου αριθ. 109 «Σχετικά με τον ασφαλή χειρισμό φυτοφαρμάκων και αγροχημικών».
- έλλειψη κανονιστικών εγγράφων για την ασφαλή λειτουργία των UAV στη γεωργία.
- έλλειψη προτύπων ασφαλιστικού κινδύνου για νομικά και φυσικά πρόσωπα όταν χρησιμοποιούν φυτοπροστατευτικά προϊόντα με τη βοήθεια της BVS·
- υψηλή τιμή και έλλειψη προϊόντων λογισμικού για την επίλυση προβλημάτων απομακρυσμένης φυτοϋγειονομικής παρακολούθησης ζιζανίων, παρασίτων και ασθενειών, λαμβάνοντας υπόψη τα οικονομικά όρια επιβλαβούς δράσης, καθώς και την αυτόματη αποκωδικοποίηση των αποτελεσμάτων τους.
Υπάρχει επείγουσα ανάγκη δημιουργίας περιφερειακών κέντρων για την εκπαίδευση χειριστών και την έγκριση παραγωγής τεχνολογικών διαδικασιών για τη χρήση UAS για την παρακολούθηση και την προστασία των εγκαταστάσεων.
Στο πλαίσιο της ψηφιοποίησης των γεωργικών προγραμμάτων, είναι απαραίτητο να επιταχυνθεί η ανάπτυξη μεγάλων βάσεων δεδομένων δειγμάτων αναφοράς ζιζανίων στην πιο ευάλωτη φάση ανάπτυξης για τη χρήση ζιζανιοκτόνων και δειγμάτων αναφοράς με χαρακτηριστικές ενημερωτικές ενδείξεις καταστροφής παρασίτων σε μεγάλες καλλιέργειες. Είναι εξίσου σημαντικό να ολοκληρωθεί ο σχηματισμός βιβλιοθηκών φασματικών εικόνων υγιών και άρρωστων φυτών, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση του επιπέδου της ορυκτής διατροφής και των αγροκλιματικών παραμέτρων.
Anatoly Lysov, Επικεφαλής του Εργαστηρίου Ολοκληρωμένης Προστασίας Φυτών, VIZR, e-mail: lysov4949@yandex.ru