Квадрокоптеры, октокоптеры, дроны, беспилотники, БПЛА (БесПилотный Летательный Аппарат) - сегодня эти термины у всех на слуху и сложно найти человека, который бы ничего не слышал об этих аппаратах. Однако в понимании подавляющего большинства людей это дорогие высокотехнологичные игрушки, максимум - средство для создания фото- и видеоконтента.

Характеристики БПЛА, меж тем, позволяют использовать их множеством способов в разнообразных сферах человеческой деятельности. Использование БПЛА в сельском хозяйстве на данный момент можно назвать весьма ограниченным, не смотря на их высокий потенциал. Нынешнее, довольно скромное, распространение БПЛА в сельскохозяйственной деятельности можно объяснить несколькими основными факторами:
- технология компактных, относительно не дорогих БПЛА еще довольно молода и требуется определенное время для ее широкого распространения;
- существует относительно не много готовых технических решений с использованием БПЛА в сельском хозяйстве;
- многие сельскохозяйственные предприятия характеризуются определенной консервативностью и не готовы переходить на использование столь не традиционных машин;
- сельскохозяйственное использование предъявляет свои, довольно высокие, требования к характеристикам БПЛА, в первую очередь к грузоподъёмности и дальности полета от одного заряда аккумулятора. На данный момент эти показатели находятся примерно на уровне 4-10 кг грузоподъёмности (хотя возможны конструкции и с лучшими показателями) и дальностью полета 20-30 км. Что уже позволяет делать многое, но все же сильно ограничивает сферу применения БПЛА в сельском хозяйстве.

В этой статье хотелось бы рассказать о некоторых способах использования БПЛА, которые могут быть интересны агроному. Некоторые сценарии использования уже имеют широкое распространение, некоторые находятся скорее на этапе разработки или идей.

АЭРОФОТОСЪЕМКА.

Аэрофотосъемка уже давно используется во многих сферах деятельности человека и сельское хозяйство не исключение. Однако раньше она была очень затратным мероприятием, но с приходом относительно дешевых, компактных, простых в управлении БПЛА она стала доступна буквально каждому. Что же она может дать агроному?

1) Фотосьемка с использованием обычных камер, снимающих только в видимом диапазоне.

Более дешёвая замена традиционной аэрофотосъёмке с использованием самолётов и вертолетов. Даёт привычную картинку, которая легко воспринимается без дополнительных обработок. К тому же съёмка может производиться очень оперативно.

Примерами такого использования могут служить фиксация потравы от скота на полях, контроль наличия вымочек или результатов пагубного воздействия водной и ветровой эрозии, выявление просевов на полях, дистанционно проверять полноту выполнения полевых работ, сверять размеры и контуры полей с занесенными в карты, в конце концов можно проверять целостность строений (например крыш) без необходимости использовать автовышек или лестниц.

2) Фотосьемка с использованием специальных, мультиспектральных камер, которые помимо видимого диапазона фиксирую ещё и, как минимум, инфракрасный диапазон (могут фиксироваться и иные диапазоны). Для более эффективной последующей работы, как правило, к снимку привязываются соответствующие координаты.

Такие снимки требуют дополнительной обработки с использованием специальных программ, т.е. требуют соответствующих навыков в их использовании, но позволяют получать очень полезные результаты.

Самый, пожалуй, широко известный, сценарий обработки таких снимков – получение NDVI - нормализованного относительного индекса растительности. Этот вегетационный индекс можно использовать чтобы оценить густоту стеблестоя или травостоя, оценить площадь недосевов, оценить состояние растений в поле, в том числе их потребность в азоте и соответственно потребность во внесении удобрений, возможно прогнозирование величины урожайности на каждом отдельном участке и многое другое. Благодаря относительной простоте и многофункциональности такого индекса его определение стало сегодня рутинным делом и предлагается множеством фирм. Получить значение NDVI можно и самостоятельно, в том числе с использование бесплатного ПО.

Помимо NDVI существует множество других вегетационных индексов, которые тоже могут дать много полезной для агронома информации о состоянии растений. Но они имеют меньшее распространение и поэтому использование их конечным потребителем несколько затруднено.

Путем иных анализов можно получать множество разнообразных данных, которые могут быть полезны в сельском хозяйстве. Очень интересным примером тут может служить обнаружение и регистрация дренажных систем. Ни для кого не секрет, что в местах с избыточным увлажнением дренажные системы являются необходимым элементом хозяйствования, но системы эти зачастую стары и планы их размещения утеряны, а ремонт, тем не менее необходим. И благодаря аэрофотосъемке с БПЛА и соответствующему анализу снимков, планы размещения закрытого дренажа могут быть получены быстро, точно и относительно дешево.

Сочетание данных с камер различного типа с привязкой к данным о пространственном расположении и множество способов анализа этих данных открывают поистине невероятные возможности!

Некоторые примеры, показывающие впечатляющий потенциал подобных технологий были продемонстрированы на выступлении TEDxPenn в 2015г. -

ДОСТАВКА ГРУЗОВ.

Это весьма простой сценарий использования, который широко пытаются внедрять во многих сферах человеческой деятельности. Возможно вы уже слышали про доставку заказов Amazon с помощью дронов, есть аналогичные проекты по доставке почты и еды до конечного потребителя.

Доставка пиццы (Domino´s Pizza):

Доставка почты (DHL):

Доставка заказов из он-лайн магазина (Amazon PrimeAir):

В сельском хозяйстве это может быть, например, доставка не крупных запчастей для ремонта в поле - БПЛА преодолеет расстояние со склада до поломанной в поле машины быстрее и дешевле чем автомобиль. Это также может быть доставка ХСЗР со склада на поле (если грузоподъёмность БПЛА позволяет) - или проб зерна с поля на элеватор, для быстрого и точного отслеживания требуемых показателей.

Сильные ограничения при таком использовании накладывают грузоподъёмность дрона и дальность его полета от одного заряда. На данный момент вполне можно рассчитывать на грузоподъемность в пределах 4-10кг и дальность полета в рамках 20-25 км (по прямой).

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА ЗАДАЧИ.

1) Точечная доставка специфических грузов в пределах поля.

Очень яркий и регионально получивший широкое распространение пример - распределение по полю капсул с личинками трихограммы (наездника, Trichogramma brassicae) для борьбы с кукурузной огневкой (кукурузным мотыльком). Дрон оснащается специальной емкостью, куда загружаются капсулы, в программном обеспечении задаётся схема движения и разбрасывание капсул по полю.

Здесь главный ограничивающий фактор - фантазия, т.к. такой вариант использования не является типичным для растениеводства. В ряде случаев такой вид использования БПЛА может заменять ручной труд, например разбрасывание отравленных приманок против грызунов, что особенно актуальным может оказаться для мелкоделяночных опытов, а местонахождение скоплений грызунов можно заранее распознать с помощью аэрофотосъёмки. БПЛА так же могут оказаться полезными при проведении иных мероприятий, проводимых более-менее точечно или ленточно, например размещение феромонных ловушек в поле или разбрасывание средств защиты от слизней.

Гексакоптер с устройством для разбрасывания капсул с трихограммой:

2) Опрыскивание.

Использование БПЛА для опрыскивания имеет как свои преимущества так и недостатки. Из преимуществ можно выделить стабильное удержание высоты опрыскивания не зависимо от сложности рельефа или состояния почвы (что может сильно мешать обычным опрыскивателям), хорошее покрытие даже нижней стороны листьев за счет их обдува лопастями, возможность существенно снижать использование рабочего раствора (за счет более концентрированного раствора ХСЗР), возможность работать в любое время суток. Из недостатков – самые явные - малая грузоподъёмность и емкость аккумулятора, что сильно и негативно сказывается на гектарной производительности; также для ремонта и обслуживания потребуется дополнительное обучение работников.

Таким образом, на данный момент, основное направление использования БПЛА для опрыскивания - малые площади, особенно с очень сложным рельефом - это могут поля с овощными, плодово-ягодными, декоративными культурами, опытные участки. Для больших площадей может подойти вариант использования БПЛА для листовых подкормок.

На данный момент есть уже готовые специализированные БПЛА. Ярким примером может быть может служить октокоптер DJI Agras MG-1.

Этот БПЛА оснащен емкость в 10л, на одном заряде аккумулятора может обработать около 1га, за 1 час работы может обработать 2,8-4га.

Очень интересным, в том числе для более-менее крупных полей может быть дифференцированное внесение ХСЗР, в данном случае - опрыскивание отдельных участков поля, в частности тех, на которых уже есть вредные объекты или заселение которых очень вероятно.

Октокоптер DJI Agras MG-1:

Это также могут быть профилактические краевые обработки, ведь ни для кого не секрет, что многие проблемы начинаются с краев - это и семена сорных растений с соседних полей и многие вредители и болезни, или их переносчики.

Это могут быть островки распространения или вспышки развития отдельных сорняков/болезней/вредителей. Такие места развития могут иметь совсем малые размеры - несколько процентов от общей площади поля, но являясь рассадниками вредных объектов будут способствовать дальнейшему их распространению. Выпускать в поле опрыскиватель ради обработки нескольких процентов поля экономически не целесообразно, а вот БПЛА придутся к месту.

3) Внесение удобрений.

Низкая грузоподъёмность и относительно не высокая продолжительность работы от одного заряда аккумулятора не дают возможности рассматривать БПЛА как замену традиционному внесению удобрений, однако некоторые сценарии использования все-же возможны.

В первую очередь стоит говорить о внесении удобрений на ограниченных участках поля, сильно отличающихся по уровню плодородия от основного массива. Сильное различие в плодородии может быть как естественным так и техногенным, как, например, это часто бывает в местах где долго хранились навоз/известь/минеральные удобрения/строительные материалы и т.п. Таким же образом можно подкармливать участки с поврежденными растениями, например в результате ожогов от ХСЗР на перекрытиях или из-за иных локальных стрессовых ситуаций.

Для больших же площадей актуальным может оказаться внесение микроудобрений, в том числе в соответствии с потребностями растений в тех или иных частях поля. Карту дифференцированного внесения удобрений можно составить по результатам аэрофотосъемки.

4) Посев.

На первый взгляд этот сценарий использования может показаться совершенно не жизнеспособным. И он действительно подойдет далеко не для всех культур и не для всех условий. Здесь опять сказывается низкая грузоподъёмность БПЛА. К тому же дроны никак не смогут заделывать семена в почву. Но есть сегмент, где дроны могут быть применены довольно эффективно - мелкосемянные культуры с малой гектарной нормой высева. Заделка в почву может быть решена простым поверхностным боронование, что существенно быстрее и дешевле сева.

Особенно актуальным может оказаться посев мелкосемянных культур в местах с избыточным увлажнением, где из-за переувлажнения почвы зачастую нет возможности выехать в поле на обычной технике.

Таким образом наиболее интересным для широкого внедрения выглядит вариант использования дронов для сева мелкосемянных культур с малой гектарной нормой высева, таких как рапс или горчица, особенно в регионах с влажным климатом или временным затоплением.

Наряду с этим актуальными могут быть, например, подсев многолетних трав в изреженный травостой или посев сидератов, преимущественно мелкосемянных. В обоих случая нужно будет рассмотреть возможность прикатывания или боронования.