Lebih daripada seratus tahun yang lalu, pada musim panas 1922, sebuah pesawat dengan peralatan untuk menjalankan kerja kimia udara dengan menyembur terhadap perosak dan penyakit berlepas dari lapangan terbang metropolitan Khodynsky. Penerbangan ujian yang berjaya menandakan permulaan pembangunan penerbangan pertanian.
Hari ini, penggunaan pelbagai cara penerbangan untuk perlindungan tumbuhan adalah kepentingan ekonomi yang besar, kerana ia memberikan kemungkinan:
— pemantauan jarak jauh berskala besar bagi tanaman pertanian;
- langkah perlindungan dalam jangka pendek agro dan di tempat yang sukar dijangkau terhadap perosak terutamanya berbahaya (belalang, rama-rama padang rumput, tikus seperti tikus, kumbang kentang Colorado, penyu berbahaya) dan penyakit (karat coklat, hawar lewat, alternariosis);
- pembajakan dengan kelembapan tanah yang kuat, apabila peralatan tanah tidak dapat memasuki ladang, terutamanya dalam memerangi rumpai;
– pemprosesan tanaman tinggi (jagung, bunga matahari) dan menyemai tanaman benih;
— pemprosesan sawah padi;
- pengeringan;
- pemprosesan tanaman di lereng dengan cerun lebih daripada 7 darjah, di mana peralatan penyembur tanah tidak dapat berfungsi.
Di Kesatuan Soviet, asas armada penerbangan pertanian ialah AN-2. Pada masa ini, pembangunan penerbangan pertanian sedang menuju ke arah pengembangan ketara penggunaan pesawat ultralight (ALV) dan kenderaan udara tanpa pemandu (UAV), yang jauh lebih murah daripada pesawat berat. Selaras dengan Peraturan Penerbangan Persekutuan dan Kod Udara Persekutuan Rusia, radas (pesawat) dipanggil ultralight jika ia mempunyai:
- berat berlepas maksimum tidak melebihi 495 kg (tidak termasuk peralatan menyelamat penerbangan);
- kelajuan gerai penentukuran maksimum (kelajuan penerbangan minimum) tidak melebihi 65 km/j.
Kenderaan udara tanpa pemandu (UAV) termasuk kenderaan yang penerbangannya dikawal oleh juruterbang yang berada di luar lembaga (juruterbang luar).
Ciri-ciri mod penggunaan UAV yang betul ditentukan oleh berat berlepas maksimumnya:
- sehingga 250 g - tidak tertakluk kepada pendaftaran atau perakaunan negeri;
- dari 250 g hingga 30 kg - tertakluk kepada perakaunan negeri mandatori;
- dari 30 kg dan lebih - tertakluk kepada pendaftaran negeri.
Kelebihan penting menggunakan UAV dan ALS ialah:
— tiada kerugian daripada kerosakan pada tanaman dengan roda atau keperluan untuk menggunakan tramlines (berbanding dengan peralatan tanah);
- kecekapan tinggi sambil mengurangkan kos operasi (berbanding dengan pesawat berat, kerana pesawat ini tidak perlu mempunyai lapangan terbang yang lengkap).
Penggunaan kenderaan udara tanpa pemandu membantu dalam menyelesaikan tugas-tugas berikut:
- mendapatkan maklumat terperinci mengenai penciptaan asas kartografi tanah pertanian dan penempatan objek pertanian dengan koordinat tepat mereka untuk merancang dan mengawal proses teknologi pengeluaran pertanian;
– menjalankan pemantauan jarak jauh berdasarkan pengimejan berbilang spektrum permukaan dasar tanah pertanian untuk menentukan keadaan dan perkembangan tanaman, meramalkan hasil berdasarkan pengiraan indeks tumbuh-tumbuhan berdasarkan hasil pengimejan spektrum, dsb.;
– kawalan operasi masa nyata ke atas pengendalian peralatan tanah dan kualiti kerja agroteknik;
– pemantauan phytosanitary geokod tanah pertanian untuk menentukan tahap rumpai tanaman, kehadiran perosak dan manifestasi penyakit pada peringkat awal pembangunan, termasuk dalam bentuk terpendam;
Penggunaan UAV untuk fotografi udara tanah pertanian menyediakan, berbanding dengan imej satelit, mendapatkan imej dengan resolusi yang lebih tinggi (sehingga satu sentimeter setiap titik) dan, yang paling penting, memungkinkan untuk menjalankan kerja-kerja ini dengan kehadiran padat. awan (menembak menggunakan kapal angkasa semasa tempoh tersebut adalah mustahil ).
Marilah kita membincangkan dengan lebih terperinci mengenai pemantauan fitosanitari tanaman. Baru-baru ini, jumlah penggunaan produk perlindungan tumbuhan di Rusia semakin meningkat: mengikut statistik, setiap lima tahun, bermula dari 2010, mereka telah meningkat dua kali ganda dan pada tahun 2020 mencapai 221 ribu tan. Dengan pertumbuhan dalam penggunaan produk perlindungan tumbuhan, ladang perlu memastikan pengumpulan dan pemprosesan maklumat segera mengenai keadaan fitosanitari ladang pertanian. Tanpa maklumat ini, adalah mustahil untuk menyelesaikan masalah sokongan teknologi untuk penggunaan produk perlindungan tumbuhan yang rasional dan selamat dalam jangka masa pertanian yang singkat. Kaedah sedia ada untuk pemeriksaan laluan darat di medan tidak membenarkan mendapatkan maklumat yang diperlukan dengan cepat dan dalam jumlah yang betul. Dalam hal ini, kerja sedang giat dijalankan di luar negara dan di negara kita untuk membangunkan kaedah jauh berprestasi tinggi untuk mendapatkan maklumat untuk merancang dan menjalankan langkah perlindungan tumbuhan. Untuk pemantauan fitosanitari jarak jauh, kenderaan udara tanpa pemandu paling banyak digunakan, menyediakan video bergeokod, imej berbilang spektrum dan hiperspektral permukaan bumi.
Perlu diingatkan bahawa isu penggunaan kaedah jauh mendapatkan maklumat dalam bidang kawalan rumpai (menentukan lokasi rumpai di ladang, menilai kerugian tanaman, pemetaan zon kerosakan) telah pun diselesaikan sebahagiannya. Dalam bidang ini, dalam rangka perjanjian kerjasama saintifik dan teknikal, penyelidikan telah dijalankan dengan penyertaan pakar dari VIZR, Universiti Instrumentasi Aeroangkasa (St. Petersburg), Akademi Agrarian Samara dan Ptero LLC (Moscow). Keputusan positif telah diperolehi daripada penggunaan BVS untuk kaedah jauh mendapatkan maklumat berdasarkan spektrometri untuk menilai serangan tanaman bijirin dan penanaman kentang untuk lebih daripada 20 jenis rumpai, termasuk yang berbahaya seperti hogweed Sosnowsky. Data diperolehi berdasarkan penentuan dan analisis ciri spektrum pantulan daripada tumbuhan dan rumpai yang ditanam dalam julat panjang gelombang 300-1100 nm.
Oleh itu, dalam perjalanan kajian yang dijalankan untuk mengenal pasti ciri yang menentukan berdasarkan kecerahan spektrum pantulan daripada tumbuhan yang ditanam dan rumpai, subjulat spektrum yang paling bermaklumat bagi panjang gelombang sinaran elektromagnet telah ditubuhkan untuk menggunakan pengimejan berbilang spektrum permukaan asas tanah pertanian menggunakan moden. sistem penderiaan jauh. Analisis imej spektrum rumpai dan tumbuhan yang ditanam menunjukkan bahawa kita melihat perbezaan ciri dalam lengkung kecerahan spektrum yang diperoleh dalam subjulat sinaran elektromagnet inframerah biru, hijau, merah dan dekat dalam subjulat inframerah dekat panjang gelombang.
Tugas yang lebih sukar untuk penggunaan meluas kaedah penderiaan jauh tanah pertanian ialah penentuan tanda-tanda penyakit tumbuhan yang bermaklumat, dan di atas semua, dalam bentuk terpendam. Ini disebabkan oleh fakta bahawa banyak tanda penyakit bermaklumat serupa dalam kecerahan spektrum kepada tanda-tanda patologi tidak berjangkit tumbuhan yang dikaji.
Keputusan positif diperolehi untuk penentuan penyakit kentang dan kerosakan pada tanaman kentang oleh kumbang kentang Colorado menggunakan spektroradiometri. Apabila menggunakan kaedah ini, didapati bahawa apabila menanam kentang dipengaruhi oleh penyakit hawar lewat (Rajah 1), pada hari ketiga selepas jangkitan, kita melihat penurunan mendadak dalam kecerahan spektrum pantulan berbanding dengan tumbuhan yang sihat, dan pada hari ketujuh selepas jangkitan, nilai kecerahan spektrum menunjukkan bahawa tumbuhan hampir mati. Dalam kes ini, nilai kecerahan spektrum dalam tumbuhan yang terjejas oleh hawar lewat adalah hampir dengan nilai kecerahan spektrum pantulan dari tanah.
Apabila kentang rosak oleh kumbang kentang Colorado, kami juga melihat penurunan nilai kecerahan pantulan spektrum sebanyak dua hingga tiga kali berbanding dengan tumbuhan tanpa kerosakan oleh perosak. Rajah 2 menunjukkan data tentang kecerahan spektrum pantulan tumbuhan kentang, dengan mengambil kira tahap kerosakan yang berbeza. Data yang diperolehi adalah sangat penting untuk kaedah jauh mengesan lesi tumbuhan kentang oleh kumbang kentang Colorado.
Pada masa ini, berdasarkan kajian yang dijalankan untuk menentukan ciri bermaklumat berdasarkan kecerahan spektrum pantulan daripada tumbuhan kentang yang sihat dan berpenyakit, serta yang rosak oleh kumbang kentang Colorado, subjulat spektrum yang paling bermaklumat bagi panjang gelombang sinaran elektromagnet telah ditubuhkan untuk menggunakan pengimejan berbilang spektrum permukaan asas tanah pertanian menggunakan BVS dan SLA.
Apabila menentukan penyakit, adalah perlu untuk mengambil kira hasil penyelidikan oleh Institut Agrofizik, yang memungkinkan untuk menentukan ciri spektrum pantulan tumbuhan yang kekurangan nitrogen dan kelembapan tanah.
Keputusan yang diperolehi adalah penting untuk mengenal pasti ciri bermaklumat yang memungkinkan untuk membezakan dengan jelas, apabila mentafsir keadaan fitosanitasi tanah pertanian, tumbuhan yang terjejas oleh penyakit dan mereka yang mempunyai patologi yang disebabkan oleh kekurangan nutrisi mineral atau kelembapan tanah.
Pembentukan perpustakaan imej spektrum penyakit pelbagai tanaman, serta imej spektrum tanaman ini yang kekurangan nutrisi mineral atau kelembapan tanah, akan membolehkan, berdasarkan hasil perolehan jauh maklumat, untuk membuat keputusan yang munasabah dan segera untuk menstabilkan keadaan fitosanitari dengan kehadiran penyakit atau untuk menjalankan satu set langkah agroteknikal untuk melegakan situasi tekanan pada tanaman yang disebabkan oleh faktor lain.
Arah penting seterusnya dalam penggunaan BVS adalah aplikasi mereka untuk langkah perlindungan tumbuhan. Buat pertama kalinya, UAV dalam bentuk helikopter kawalan jauh tanpa pemandu mula digunakan di Jepun pada awal 90-an untuk rawatan sawah padi dengan racun perosak. Pada masa ini, di China, yang merupakan peneraju dalam pengeluaran dron pertanian, kawasan di bawah penanaman UA sudah melebihi beberapa juta hektar. Pasaran UAV juga berkembang secara dinamik di seluruh dunia, jumlah penggunaan pesawat ini setiap tahun meningkat sebanyak 400-500%. Menurut pakar, penggunaan teknologi UA dalam pertanian di dunia akan mencapai nilai pasaran $5,7 bilion.
Daripada dron pertanian, pasaran dikuasai oleh syarikat China DJI, dan model yang paling biasa ialah DJI Agras T16.
Disebabkan fakta bahawa kebanyakan bahagian UAV model ini diperbuat daripada bahan komposit, berat peranti tidak melebihi 18,5 kg (tanpa bateri). Dengan peralatan perlindungan tumbuhan, apabila mengisi tangki dengan bendalir kerja, berat lepas landas mesin mencapai 41 kg. Kapasiti takungan untuk bendalir kerja ialah 16 liter apabila boom dilengkapi dengan lapan muncung. Kelebihan model dron ini ialah ia dilengkapi dengan radar, yang secara drastik mengurangkan risiko perlanggaran dengan halangan, dan juga memberikan keupayaan untuk bekerja pada waktu malam, menggunakan lampu carian. Ketinggian penerbangan optimum dron di atas padang ialah 2,5-3 meter, dan jika perlu, peranti boleh meningkat hingga 30 meter (ketinggian penerbangan mendatar maksimum). Ketinggian ini diperlukan untuk rawatan ladang saka, tumbuhan di taman botani dan hutan daripada perosak dan penyakit.
Di Persekutuan Rusia, keputusan positif telah diperolehi mengenai penggunaan BVS untuk mengawal tikus murine (kajian telah dijalankan dengan penyertaan VIZR dan syarikat Ginus). Ujian pengeluaran pemantauan jarak jauh dan penggunaan rodentisid berkod geo ke dalam lubang tikus seperti tikus menunjukkan bahawa ketepatan teknologi baharu berbanding aplikasi manual ialah 91% berbanding 97%.
Pengalaman praktikal telah terkumpul mengenai penggunaan BVS untuk pemantauan jarak jauh kawasan pengedaran hogweed Sosnowsky, serta penggunaan teknologi penyemburan racun herba terhadap spesies berbahaya ini.
Walaupun keputusan positif dan prospek penggunaan UA dalam pertanian, terdapat kekurangan, serta isu yang tidak dapat diselesaikan dalam bidang perundangan dan dokumen pengawalseliaan mengenai penggunaannya yang berkesan dan selamat untuk pemantauan jarak jauh dan perlindungan tumbuhan, iaitu:
- kos tinggi UAV dengan risiko kehilangan radas semasa pelaksanaan kerja;
- sekatan undang-undang ke atas penggunaan: di kebanyakan negara di dunia, UAV semasa melaksanakan kerja mesti berada dalam garis penglihatan pengendali (jarak jauh tidak lebih daripada 500 meter);
- keperluan untuk mendaftar, mendaftarkan peranti (di kebanyakan negara, jika jisimnya melebihi 25 kg) dan mendapatkan lesen untuk menggunakan UAV untuk tujuan komersial;
- keperluan untuk peralatan mahal tambahan dan kakitangan yang berkelayakan: untuk operasi UAV yang tidak terganggu dan cekap, perlu mempunyai sekurang-kurangnya tiga bateri tambahan, penjana untuk mengecasnya; sekurang-kurangnya tiga orang terlibat dalam servis satu kereta;
- pergantungan yang besar kepada keadaan meteorologi. Dalam cuaca berangin, kawalan radas adalah sangat sukar, terutamanya dengan angin sisi yang kuat;
- kekurangan peraturan yang sah untuk penggunaan produk perlindungan tumbuhan menggunakan BVS selaras dengan keperluan Undang-undang Persekutuan No. 109 "Mengenai pengendalian selamat racun perosak dan agrokimia";
- kekurangan dokumen kawal selia untuk operasi selamat UAV dalam pertanian;
- kekurangan piawaian risiko insurans untuk entiti undang-undang dan individu apabila menggunakan produk perlindungan tumbuhan dengan bantuan BVS;
- harga tinggi dan kekurangan produk perisian untuk menyelesaikan masalah pemantauan fitosanitari jauh terhadap rumpai, perosak dan penyakit, dengan mengambil kira ambang ekonomi bahaya, serta penyahkodan automatik keputusannya.
Terdapat keperluan mendesak untuk mewujudkan pusat serantau untuk pengendali latihan dan kelulusan pengeluaran prosedur teknologi untuk penggunaan UAS untuk memantau dan melindungi loji.
Sebagai sebahagian daripada pendigitalan program pertanian, adalah perlu untuk mempercepatkan pembangunan pangkalan data besar sampel rujukan rumpai dalam fasa pembangunan yang paling terdedah untuk penggunaan racun rumpai dan sampel rujukan dengan tanda-tanda bermaklumat ciri kerosakan perosak pada tanaman utama. Sama pentingnya untuk melengkapkan pembentukan perpustakaan imej spektrum tumbuhan yang sihat dan berpenyakit, dengan mengambil kira pengaruh tahap pemakanan mineral dan parameter agroklimat.
Anatoly Lysov, Ketua Makmal Perlindungan Tumbuhan Bersepadu, VIZR, e-mel: lysov4949@yandex.ru