Yli sata vuotta sitten, kesällä 1922, Khodynkan pääkaupunkilentokentältä nousi lentokone, jossa oli laitteet lentokemiallisten töiden suorittamiseen ruiskutusmenetelmällä tuholaisia ja tauteja vastaan. Onnistuneet testilennot aloittivat maatalousilmailun kehityksen.
Nykyään erilaisten ilmailuvälineiden käytöllä kasvinsuojelussa on suuri taloudellinen merkitys, koska se tarjoaa mahdollisuuden:
— maatalouskasvien laajamittainen etävalvonta;
— suojatoimenpiteet lyhyinä viljelyjaksoina ja vaikeapääsyisissä paikoissa erityisen vaarallisia tuholaisia (heinäsirkat, niittyperhot, hiiren kaltaiset jyrsijät, kolorado-perunakuoriaiset, haitalliset kilpikonnat) ja tauteja (lehtiroste, myöhäisruoste, alternaria) vastaan;
— käsittelyt, kun maaperä on erittäin kostea, kun maaperälaitteet eivät pääse pellolle, erityisesti rikkakasvien torjunnassa;
— korkeiden kasvien (maissi, auringonkukka) ja siemenkasvien jalostus;
— riisipellojen käsittely;
- kuivuminen;
— viljelykasvien käsittely rinteillä, joiden kaltevuus on yli 7 astetta ja joissa ruiskutuslaitteet eivät voi toimia.
Neuvostoliitossa maatalousilmailulaivaston perustana oli AN-2. Tällä hetkellä maatalouden ilmailun kehitys on menossa kohti ultrakevyiden lentokoneiden (ULA) ja miehittämättömien lentokoneiden (UAV), jotka ovat paljon halvempia kuin raskaat lentokoneet, käytön merkittävää laajentamista. Liittovaltion ilmailumääräysten ja Venäjän federaation ilmailusäännöstön mukaan ultrakevyt lentokone on ilma-alus (ilma-alus), jolla on:
— suurin lentoonlähtöpaino enintään 495 kg (ilman lentopelastusvarusteita);
— suurin kalibroitu pysähtymisnopeus (minimilentonopeus) enintään 65 km/h.
Miehittämättömät ilma-alukset (UAV) sisältävät ajoneuvot, joiden lentoa ohjaavat lentokoneen ulkopuolella olevat lentäjät (kaukosäätäjät).
Oikean UAV-käyttötavan ominaisuudet määräytyvät sen suurimman lentoonlähtöpainon mukaan:
- enintään 250 g - eivät ole valtion rekisteröinnin tai kirjanpidon alaisia;
- 250 g - 30 kg - pakollinen valtion rekisteröinti;
- 30 kg ja enemmän - ovat valtion rekisteröinnin alaisia.
Tärkeitä UAV- ja SLA-laitteiden käytön etuja ovat:
— ei menetyksiä, jotka aiheutuvat pyörien aiheuttamista satovaurioista tai ajoraitojen käytöstä (verrattuna maakalustoon);
— korkea hyötysuhde alhaisemmilla käyttökustannuksilla (verrattuna raskaisiin lentokoneisiin, koska nämä lentokoneet eivät vaadi varustettuja lentokenttiä).
Miehittämättömien lentokoneiden käyttö auttaa ratkaisemaan seuraavat ongelmat:
— yksityiskohtaisten tietojen hankkiminen maatalousmaan kartografisen perustan luomisesta ja maatalouskohteiden sijoittamisesta niiden tarkat koordinaatit maataloustuotannon teknisten prosessien suunnittelua ja seurantaa varten;
— maatalousmaan alla olevan pinnan monispektrikuvaukseen perustuva etäseuranta viljelykasvien kunnon ja kehityksen määrittämiseksi, satojen ennustaminen spektrivalokuvauksen tulosten perusteella lasketun kasvillisuusindeksin jne. perusteella;
— maalaitteiden toiminnan ja maataloustyön laadun reaaliaikainen valvonta;
— Maatalousmaan geokoodattu kasvinsuojeluvalvonta viljelykasvien rikkaruohojen, tuholaisten esiintymisen ja sairauksien ilmenemismuodon määrittämiseksi varhaisessa kehitysvaiheessa, myös piilevässä muodossa;
UAV-laitteiden käyttö maatalousmaan ilmakuvaukseen mahdollistaa satelliittikuviin verrattuna korkeamman resoluution kuvien saamisen (jopa yksi senttimetri pistettä kohti) ja mikä tärkeintä, mahdollistaa tämän työn suorittamisen tiheässä ympäristössä. pilvet (nauhoittaminen avaruusaluksella tällaisina aikoina on mahdotonta).
Tarkastellaanpa yksityiskohtaisemmin viljelykasvien kasvinsuojelua. Viime aikoina kasvinsuojeluaineiden käyttömäärä Venäjällä on kasvanut tasaisesti: tilastojen mukaan joka viides vuosi vuodesta 2010 lähtien ne ovat kaksinkertaistuneet ja vuonna 2020 nousseet 221 XNUMX tonniin. Kasvinsuojeluaineiden käytön lisääntyessä tilojen on huolehdittava peltojen kasvinterveystiedon ripeästä keräämisestä ja käsittelystä. Ilman näitä tietoja on mahdotonta ratkaista kasvinsuojeluaineiden järkevän ja turvallisen käytön teknologisen tuen ongelmia lyhyellä maatalouden aikavälillä. Nykyiset peltojen maanpäällisen reittikartoituksen menetelmät eivät mahdollista tarvittavien tietojen saamista nopeasti ja vaadituissa määrissä. Tältä osin ulkomailla ja kotimaassamme tehdään aktiivisesti työtä tehokkaiden etämenetelmien kehittämiseksi tiedon keräämiseen kasvinsuojelutoimenpiteiden suunnittelua ja toteuttamista varten. Kasvinsuojelun operatiivisessa etävalvonnassa yleisimmin käytettyjä ovat miehittämättömät ilma-alukset, jotka tarjoavat geokoodattua videokuvaa, monispektrisiä ja hyperspektrisiä kuvia maan alla olevasta pinnasta.
On huomattava, että rikkakasvien torjunta-alan tiedonkeruun etämenetelmien käyttöä koskevat kysymykset (peltoalueiden rikkakasvien sijainnin määrittäminen, satohäviöiden arviointi, haitallisten vyöhykkeiden kartoitus) on jo osittain ratkaistu. Tällä alueella tieteellistä ja teknistä yhteistyötä koskevan sopimuksen puitteissa tehtiin tutkimusta, johon osallistuivat asiantuntijat VIZR:stä, Aerospace Instrumentationin yliopistosta (Pietari), Samara Agrarian Academysta ja Ptero LLC:stä (Moskova). Positiivisia tuloksia on saatu käyttämällä UAV:ita etämenetelmillä kerätä tietoa spektrometrian perusteella viljakasvien ja perunoiden rikkaruohojen arvioimiseksi yli 20 rikkakasvityypille, mukaan lukien haitalliset, kuten Sosnovskin sääriruoho. Tiedot saatiin viljellyistä kasveista ja rikkakasveista aallonpituusalueella 300-1100 nm tapahtuvan heijastuksen spektriominaisuuksien määrittämisen ja analysoinnin perusteella.
Näin ollen viljelykasvien ja rikkakasvien heijastuksen spektrin kirkkauteen perustuvien määrittelevien piirteiden tunnistamiseksi suoritetuissa tutkimuksissa määritettiin sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksien informatiivisimmat spektraaliset alaalueet maatalousmaan alla olevan pinnan monispektrisen valokuvauksen käyttöön. käyttämällä nykyaikaisia kaukokartoitusjärjestelmiä. Rikkakasvien ja viljelykasvien spektrikuvien analyysi osoittaa, että havaitsemme tunnusomaisia eroja saaduissa spektrin kirkkauskäyrissä sinisen, vihreän, punaisen ja lähi-infrapunasähkömagneettisen säteilyn osa-alueilla lähi-infrapuna-aallonpituuksien alialueella.
Vaikeampi tehtävä maatalousmaan kaukokartoitusmenetelmien laajalle leviämiselle on kasvitautien informatiivisten merkkien määrittäminen ja ennen kaikkea piilevässä muodossa. Tämä johtuu siitä, että monet sairauksien informatiiviset merkit ovat spektrin kirkkaudeltaan samanlaisia kuin tutkittavien kasvien ei-tarttuvan patologian merkit.
Positiivisia tuloksia saatiin perunatautien ja perunakasvien vaurioiden määrittämisessä Coloradon perunakuoriaisella spektroradiometriaa käyttäen. Tällä menetelmällä havaittiin, että kun perunan istutukset kärsivät myöhäisruttosta (kuva 1), havaitsemme kolmantena päivänä tartunnan jälkeen heijastuksen spektrin kirkkauden jyrkkää laskua verrattuna terveisiin kasveihin, ja seitsemäntenä päivänä. päivää tartunnan jälkeen spektrin kirkkausarvot osoittavat, että kasvit ovat melkein kuolleet. Tässä tapauksessa spektrin kirkkauden arvo kasveissa, joihin on vaikuttanut myöhäinen rutto, on lähellä maaperästä tulevan heijastuksen spektrin kirkkauden arvoja.
Kun perunat vahingoittavat Colorado-kuoriaista, havaitsemme myös heijastuksen spektrin kirkkauden vähenemisen kahdella tai kolmella kertaa verrattuna kasveihin, joissa tuholaisvaurioita ei ole. Kuvassa 2 on esitetty tietoja perunakasvien heijastuksen spektrikirkkaudesta ottaen huomioon niiden vaurioitumisaste. Saaduilla tiedoilla on suuri merkitys Coloradon perunakuoriaisen aiheuttamien perunakasvien vauriokohtien etätunnistusmenetelmälle.
Tällä hetkellä terveiden ja sairaiden perunakasvien sekä Coloradon perunakuoriaisen vaurioittamien kasvien heijastuksen spektrin kirkkauteen perustuvien informatiivisten piirteiden määrittämiseksi tehtyjen tutkimusten perusteella sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksien informatiivisimmat spektriala-alueet on määritetty. maatalousmaan alla olevan pinnan monispektrisen valokuvauksen käyttö UAV:illa ja SLA:lla.
Tauteja määritettäessä on otettava huomioon Agrofysiikan instituutin tutkimustulokset, jotka mahdollistivat typen ja maaperän kosteuden puutteesta kärsivien kasvien heijastuksen spektriominaisuuksien määrittämisen.
Saadut tulokset ovat tärkeitä sellaisten informatiivisten piirteiden tunnistamisessa, joiden avulla voidaan selvästi erottaa maatalousmaan kasvinterveystilaa selvitettäessä sairauksista kärsivät kasvit ja kasvit, joilla on mineraaliravinnon tai maaperän kosteuden puutteesta johtuvia sairauksia.
Eri viljelykasvien sairauksien spektrikuvien kirjastojen muodostaminen sekä näiden viljelykasvien spektrikuvat, joissa on puutetta mineraaliravinteesta tai maaperän kosteudesta, mahdollistavat etätiedonhankinnan tulosten perusteella tietoisen ja nopean päätöksenteon. kasvinsuojelutilanteen vakauttaminen tautien esiintyessä tai maatalousteknisten toimenpiteiden toteuttaminen muiden tekijöiden aiheuttamien viljelykasvien stressitilanteiden lievittämiseksi.
Seuraava tärkeä BVS:n käyttöalue on niiden käyttö kasvinsuojelutoimenpiteissä. Ensimmäistä kertaa miehittämättömien kauko-ohjattavien helikoptereiden muodossa olevia UAV-laitteita alettiin käyttää Japanissa 90-luvun alussa riisipellojen käsittelyyn torjunta-aineilla. Tällä hetkellä Kiinassa, joka on johtava maatalousdroneiden valmistaja, UAV:iden käsittelyalue ylittää jo useita miljoonia hehtaareita. UAV-markkinat kehittyvät dynaamisesti kaikkialla maailmassa, näiden lentokoneiden käyttömäärät kasvavat vuosittain 400-500 %. Asiantuntijoiden mukaan UAV-teknologian käyttö maataloudessa maailmassa saavuttaa 5,7 miljardin dollarin markkina-arvon.
Maatalousdrooneista markkinoita hallitsee kiinalainen DJI, ja yleisin malli on DJI Agras T16.
Koska suurin osa tämän mallin UAV:n osista on valmistettu komposiittimateriaaleista, laitteen paino ei ylitä 18,5 kg (ilman akkua). Kasvinsuojelulaitteilla, kun säiliö täytetään käyttönesteellä, koneen lähtöpaino saavuttaa 41 kg. Käyttönestesäiliön tilavuus on 16 litraa, kun puomi on varustettu kahdeksalla suuttimella. Tämän drone-mallin etuna on, että se on varustettu tutkalla, mikä vähentää dramaattisesti esteiden kanssa törmäysriskiä ja tarjoaa myös mahdollisuuden toimia yöllä kohdevaloilla. Dronin optimaalinen lentokorkeus pellon päällä on 2,5-3 metriä ja tarvittaessa laite voi nousta 30 metriin (maksimi vaakasuuntainen lentokorkeus). Tämä korkeus on välttämätön monivuotisten istutusten, kasvitieteellisten puutarhojen ja metsien kasvien hoitamiseksi tuholaisilta ja taudeilta.
Venäjän federaatiossa on saatu myönteisiä tuloksia BVS:n käytöstä hiiren kaltaisten jyrsijöiden torjuntaan (tutkimukseen osallistuivat VIZR ja Ginus-yhtiö). Etäseurannan ja jyrsijämyrkkyjen geokoodatun levityksen kenttäkokeet hiiren kaltaisten jyrsijöiden koloihin osoittivat, että uuden tekniikan tarkkuus manuaaliseen levitykseen verrattuna on 91 % vs. 97 %.
Käytännön kokemusta on kertynyt UAV-laitteiden käytöstä Sosnovsky-sylän levinneisyysalueiden etävalvontaan sekä rikkakasvien torjunta-aineruiskutustekniikan käytöstä tätä haitallista lajia vastaan.
Huolimatta myönteisistä tuloksista ja näkymistä UAV-laitteiden käytöstä maataloudessa, niiden tehokkaasta ja turvallisesta käytöstä etävalvontaan ja kasvinsuojeluun liittyy puutteita ja ratkaisemattomia kysymyksiä.
- UAV: n korkeat kustannukset ja riski menettää laite työn aikana;
- lailliset käyttörajoitukset: useimmissa maailman maissa UAV:n on oltava operaattorin näköetäisyydellä työn suorittamisen aikana (etäisyys enintään 500 metriä);
- tarve rekisteröidä, rekisteröidä laite (useimmissa maissa, jos sen paino ylittää 25 kg) ja hankkia lupa UAV:n käyttöön kaupallisiin tarkoituksiin;
- kalliiden lisälaitteiden ja pätevän henkilöstön tarve: UAV:n keskeytymättömän ja tehokkaan toiminnan varmistamiseksi tarvitaan vähintään kolme lisäakkua ja generaattori niiden lataamiseen; vähintään kolme henkilöä on mukana yhden koneen huollossa;
- Suurempi riippuvuus sääolosuhteista. Tuulisella säällä laitteen hallinta on erittäin vaikeaa, varsinkin voimakkaalla sivutuulella;
- ei ole laillistettuja säännöksiä kasvinsuojeluaineiden käytöstä, joissa käytetään BVS:ää liittovaltion lain nro 109 "torjunta-aineiden ja maatalouskemikaalien turvallisesta käsittelystä" vaatimusten mukaisesti;
- UAV-koneiden turvallista käyttöä maataloudessa koskevien sääntelyasiakirjojen puute;
- vakuutusriskistandardien puute oikeushenkilöille ja yksityishenkilöille käytettäessä kasvinsuojeluaineita BVS:ää käyttäen;
- korkea hinta ja ohjelmistotuotteiden puute rikkakasvien, tuholaisten ja tautien kasvinsuojelun etävalvonnan ongelmien ratkaisemiseksi ottaen huomioon taloudelliset haitallisuuden kynnykset sekä niiden tulosten automaattinen dekoodaus.
On pikaisesti perustettava alueellisia keskuksia toimijoiden koulutukseen ja teknisten määräysten teolliseen testaukseen UAV-laitteiden käytön valvontaan ja kasvinsuojeluun.
Osana maatalouden digitalisointiohjelmia on tarpeen nopeuttaa suurten tietokantojen kehittämistä haavoittuvimmassa kehitysvaiheessa olevien rikkakasvien vertailunäytteistä rikkakasvien torjunta-aineiden käyttöä varten ja vertailunäytteitä, joissa on tunnusomaisia informatiivisia merkkejä tuholaisvaurioista tärkeimmille viljelykasveille. . Yhtä tärkeää on saada päätökseen terveiden ja sairaiden kasvien spektrikuvien kirjastojen muodostaminen ottaen huomioon mineraaliravitsemuksen tason ja maatalouden ilmastoparametrit.
Anatoli Lysov, integroidun kasvinsuojelun laboratorion johtaja, liittovaltion budjettilaitos VIZR, sähköposti: lysov4949@yandex.ru