Самыми прогрессивными технологиями земледелия являются технологии точного земледелия — они продолжают стремительно развиваться. Один из модных трендов нового сельскохозяйственного сезона в Европе и Америке — использование беспилотных летательных аппаратов для сбора информации о состоянии посевов.
Технологии точного земледелия уже в значительной мере изменили сельское хозяйство, повысив его эффективность как за счет экономии ресурсов, так и за счет увеличения урожайности. Например, сегодня в Беларуси многие используют компьютеры и спутниковую навигацию для управления внесением средств защиты растений. Это позволяет сократить расход дорогих СЗР благодаря уменьшению перекрытий и отключению секций опрыскивателя на разворотных полосах.
Немалые выгоды сулит и дифференцированное внесение удобрений, применение СЗР. В данном случае средства химизации вносятся строго там, где они нужны, и в оптимальной дозировке. Машиностроители уже довольно давно предлагают средства для реализации этой технологии, однако на практике наибольшую трудность представляет собой сбор информации, который либо предполагает существенные трудозатраты (как при составлении почвенных карт путем отбора проб), либо является недостаточно оперативным и не обладает достаточной глубиной (как в случае со спутниковым мониторингом).
Определение сорняков дронами
«Швейцарский нож» с крыльями
Рынок беспилотников (дронов) сейчас переживает взрывной рост. Ведь легкий и относительно недорогой аппарат позволяет получать данные оперативно, в нужное время и сравнительно дешево, при этом они обладают высокой достоверностью и достаточной глубиной. Неудивительно, что в одной только Франции на конец 2014 года существовало 1 387 организаций, которые предлагали фермерам услуги или аппаратные решения на базе беспилотников.
— Дроны интересны фермерам из-за возможности получать снимки полей очень высокого разрешения. С их помощью можно вести наблюдение со специфических углов, которые недоступны спутникам, например опускаться в междурядья виноградников или садов. Они подходят для мониторинга небольших полей, позволяют проводить его с необходимой частотой, а также исключают риск для наблюдателя или оператора, — объясняет Бенуа де Солан из института ARVALIS.
Возможности нового средства мониторинга наглядно демонстрирует Фредерик Барэ из Национального института исследований в сельском хозяйстве. В течение нескольких месяцев его команда тестировала различные сенсоры, установленные на беспилотниках. Был проведен ряд экспериментов. В одном из них на мультикоптер (беспилотник вертолетного типа) устанавливали бытовую фотокамеру с разрешением 24 мегапикселя. С помощью коптера она снимала поле сахарной свеклы с высоты 35 м. Таким образом, ученым удалось получить снимки с разрешением 2,5 мм на уровне поля. Над полями озимой пшеницы коптер поднимался всего на 3 м и вел съемку под углом 45°. В этом случае разрешение составило и вовсе 0,2 мм.
Однако мало сделать снимки — их еще необходимо обработать, чтобы получить нужные данные. В эксперименте с сахарной свеклой фотографии использовались для подсчета растений. Компьютер выделял рядки, затем определялось теоретическое местоположение культурных растений (в рядках через определенный интервал). Вся растительность, расположенная между рядками, исключалась из подсчета. Наконец, программа распознавания идентифицировала растения сахарной свеклы и вела их подсчет.
Сосчитать такие культуры, как сахарная свекла, картофель или кукуруза, достаточно просто. Растения имеют большие размеры, высеваются в рядки с большими интервалами. Однако увеличение разрешения снимка позволяет распознавать растения и вести их подсчет и в случае с зерновыми. В рамках экспериментов ученые сверяли данные, полученные с помощью дронов и компьютерного анализа фотографий, с результатами ручного подсчета.
— В опытах с пшеницей были также получены хорошие результаты: была продемонстрирована высокая точность подсчета. Однако она ухудшается по мере увеличения плотности посевов. Влияние оказывает и стадия развития растений, — комментирует Фредерик Барэ.
Если можно сосчитать культурные растения, то таким же образом можно составить и карту поражения полей сорняками. В этом случае как сорняки квалифицируются все растения, находящиеся в междурядьях. Здесь уже не так важно распознать каждое растение. Достаточно определить «зеленые» зоны там, где их не должно быть. Подобную карту затем можно загрузить в компьютер опрыскивателя, и он будет вносить селективный гербицид точечно, например, только на пораженных участках поля. Кроме того, в рамках проекта ученым INRA и их коллегам из других исследовательских организаций удалось на основании снимков беспилотников построить трехмерные модели садов, виноградников и кукурузных полей для более точной оценки развития растений. При этом они использовали только снимки видимого диапазона, не задействуя инфракрасные сенсоры и лидары.
— Сегодня вопрос состоит уже не в том, что я могу сделать с дроном, а в том, какие данные мне нужны, — подытоживает Бенуа де Солан, намекая на широчайший диапазон возможностей.
Фермер — пилот — консультант
А что на практике? Жан-Батист Брюжман стал первым фермером во Франции, который в прошлом году приобрел агродрон в частное пользование. Он выращивает зерновые и рапс на 210 га в департаменте Об региона Шампань уже 30 лет. Последние годы активно экспериментирует с различными технологиями дифференцированного внесения (использовал азотные сенсоры, спутниковые снимки).
Жан-Батист Брюжман, фермер
— Дронами я заинтересовался еще в 2010 году, когда появились первые публикации в прессе. Поэтому через три года, при появлении первых моделей на рынке, я решил их испытать. Ко мне приехали специалисты, и буквально на следующий день я получил данные. Я был поражен их точностью и глубиной, — вспоминает фермер.
В 2014 году Жан-Батист Брюжман стал использовать дрон уже на постоянной основе. С его помощью он оценивал состояние посевов пшеницы и рапса после зимовки. На основании компьютерного анализа составлялись карты для внесения жидкого азотного удобрения. Результатом фермер остался доволен. Ему удалось сократить расход удобрений и увеличить урожайность посевов. Также улучшилось качество продукции: возросло содержание белка в пшенице, которое влияет на ее стоимость. Для фермера оказалось важным и уменьшение влияния его деятельности на окружающую среду.
В прошлом году Жан-Батист Брюжман принял еще одно важное решение: он создал собственную фирму Drone Agri Service и начал консалтинговый бизнес. Фермер получил лицензию пилота и купил комплект оборудования фирмы AIRINOV, которая раньше оказывала ему услуги. За 30 тыс. евро ему достались «летающее крыло», оборудованное мультиспектральным фотоаппаратом, компьютеры и программное обеспечение для анализа снимков. Весной 2015-го он планирует охватить 3 000–4 000 га посевов пшеницы и рапса в радиусе 200 км от своей фермы. На первом этапе Жан-Батист Брюжман ограничится тем, что знает лучше всего, — оптимизацией внесения азотных удобрений. В перспективе — консультации по защите растений, оценка запасов влаги и т. д.
На службе обществу
Дроны взяты на вооружение и в сельскохозяйственной палате Соммы. Здесь также отдали предпочтение комплексу AIRINOV. Первый дрон купили в конце 2013 года, второй — минувшей зимой.
Беспилотники здесь используются для решения четырех задач. Первая — подкормки азотными удобрениями посевов пшеницы и рапса. Как и Жан-Батист Брюжман, специалисты палаты помогают фермерам оптимизировать расходы, точно оценивая состояние полей после зимовки. Делается два снимка: один — в декабре перед началом зимовки, второй — по ее окончании. Затем они сравниваются, оцениваются невосполнимые потери и определяются участки, требующие особого внимания.
Вторая — контроль развития и спелости овощей открытого грунта. Заказчиком палаты выступает знаменитая фирма Bonduelle, которая также использует данные анализа снимков для борьбы с сорняками.
Третья задача — оценка ущерба от различных погодных явлений: града, ветра, гроз.
Четвертая — контроль за земляными работами и расчет компенсаций. Представители палаты следят за прокладкой трубопровода, определяют площадь выведенных из оборота сельхозугодий, затем контролируют восстановление почвы в течение трех лет и каждый год начисляют размер компенсации, которую должны выплатить компании, проводившие работы. Теперь делать это стало проще: не нужно выезжать на место, чтобы провести съемку. Да и расчеты стали точнее.
— Таким образом, у нас сформировался график работ: с января по апрель дроны работают на подкормке рапса, в апреле и мае — на пшенице, с мая по июль — на овощах, с мая по октябрь — также на оценке ущерба, с апреля по октябрь — еще и на мониторинге земляных работ, а в декабре снова посещают поля рапса, — говорит представитель палаты Ален Ваймель.
Услуги дронов сельскохозяйственная палата Соммы оценивает в 8,5–15 евро/га в зависимости от задачи. Такие же цены установлены на спутниковый сервис Farmstar, который палата также предлагает. Жан-Батист Брюжман работает в аналогичных ценовых рамках: 10 евро/га стоит одинарный пролет, 15 евро/га — двойной, дополнительно 1 евро/га взимается за каждый анализ данных. То есть карта для внесения азотных удобрений с двойным пролетом будет стоить 16 евро/га, а если заказать еще и карту засоренности, то придется заплатить 17 евро/га.
Перспективы и ограничения
Каковы перспективы развития данного направления? Французские эксперты отмечают ряд трудностей. В первую очередь речь идет о регламентах использования воздушного пространства. Многие зоны, например окрестности аэропортов, закрыты для беспилотников, в других их активность сильно ограничена в целях защиты государственной или коммерческой тайны, а также неприкосновенности частной жизни. Так, Кристиан Вигье из компании Delta Drone, чтобы обслужить около 200 полей своих клиентов, вынужден не только собрать внушительную стопку разрешительных документов, но и использовать сразу несколько видов летательных аппаратов. Повседневная деятельность его фирмы предполагает шесть юридических сценариев: где-то требуется лицензия пилота, где-то можно летать лишь в определенные часы и т. д.
Дальнейшее развитие беспилотников в сельском хозяйстве эксперты видят в двух направлениях. Первое — снижение стоимости дрона и дополнительного оборудования, ПО к нему. Бенуа де Солан для условий Франции называет сумму 5 000 евро. Если дроны станут дешевле, то возможно их широкомасштабное применение фермерами. Второе направление — появление на рынке крупных беспилотников, имеющих большой запас автономности и грузоподъемности. Такие решения уже есть у военных — вопрос лишь в сроках их выхода на рынок гражданской авиации.
Еще одна группа факторов касается непосредственно сельского хозяйства. Чтобы эффективно применять данные съемки с беспилотников, необходимы машины, способные использовать собранную информацию. Большинство современной техники поддерживает дифференцированное внесение, так что с этим проблем де-факто нет, по крайней мере в развитых в аграрном отношении странах. Информационная инфраструктура ферм также непрерывно совершенствуется. Сегодня самые современные решения уже позволяют объединять машины и сенсоры в общую сеть, где идет постоянный обмен данными. Однако в центре всего остается человек. И это хорошо понимает Жан-Батист Брюжман:
— С дроном или без — все по-прежнему зависит от фермера. Именно он принимает решение. Но информационные технологии, компьютеры позволяют принимать более правильные решения и делать это быстрее, а точнее — вовремя.
