เมื่อกว่าร้อยปีที่แล้วในฤดูร้อนปี 1922 เครื่องบินพร้อมอุปกรณ์สำหรับงานเคมีทางอากาศโดยใช้วิธีการฉีดพ่นป้องกันศัตรูพืชและโรคได้บินออกจากสนามบินเมืองหลวง Khodynka เที่ยวบินทดสอบที่ประสบความสำเร็จถือเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาการบินเพื่อการเกษตร
ปัจจุบัน การใช้วิธีการบินต่างๆ เพื่อการคุ้มครองพืชมีความสำคัญทางเศรษฐกิจอย่างยิ่ง เนื่องจากให้โอกาสในการ:
— การตรวจสอบพืชผลทางการเกษตรระยะไกลขนาดใหญ่
- มาตรการป้องกันในช่วงเวลาเกษตรกรรมระยะสั้นและในสถานที่เข้าถึงยากต่อสัตว์รบกวนที่เป็นอันตรายโดยเฉพาะ (ตั๊กแตน ผีเสื้อกลางคืน สัตว์ฟันแทะคล้ายหนู ด้วงมันฝรั่งโคโลราโด เต่าที่เป็นอันตราย) และโรคต่างๆ (สนิมใบ โรคใบไหม้ปลาย โรคทางเลือก)
— การบำบัดเมื่อดินมีความชื้นสูง เมื่ออุปกรณ์ภาคพื้นดินไม่สามารถเข้าสู่สนามได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต่อสู้กับวัชพืช
— การแปรรูปพืชสูง (ข้าวโพด ทานตะวัน) และพืชเมล็ด
— การแปรรูปนาข้าว
- การผึ่งให้แห้ง;
— การแปรรูปพืชผลบนทางลาดที่มีความลาดชันมากกว่า 7 องศา ซึ่งอุปกรณ์ฉีดพ่นภาคพื้นดินไม่สามารถทำงานได้
ในสหภาพโซเวียต AN-2 เป็นพื้นฐานของฝูงบินเพื่อการเกษตร ปัจจุบันการพัฒนาการบินเพื่อการเกษตรกำลังมุ่งไปสู่การขยายการใช้เครื่องบินเบาพิเศษ (ULA) และยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับ (UAV) อย่างมีนัยสำคัญซึ่งมีราคาถูกกว่าเครื่องบินสำหรับงานหนักมาก ตามกฎระเบียบการบินของรัฐบาลกลางและรหัสอากาศของสหพันธรัฐรัสเซีย เครื่องบินที่เบาเป็นพิเศษคือเครื่องบิน (เครื่องบิน) ที่มี:
- น้ำหนักบินขึ้นสูงสุดไม่เกิน 495 กิโลกรัม (ไม่รวมอุปกรณ์กู้ภัยการบิน)
— ความเร็วแผงลอยสูงสุดที่ปรับเทียบแล้ว (ความเร็วการบินขั้นต่ำ) ไม่เกิน 65 กม./ชม.
อากาศยานไร้คนขับ (UAV) รวมถึงยานพาหนะที่การบินควบคุมโดยนักบินที่อยู่นอกเครื่องบิน (นักบินระยะไกล)
คุณสมบัติของโหมดการใช้งาน UAV ที่เหมาะสมนั้นพิจารณาจากน้ำหนักบินขึ้นสูงสุด:
- มากถึง 250 กรัม - ไม่อยู่ภายใต้การลงทะเบียนของรัฐหรือการบัญชี
- จาก 250 กรัมถึง 30 กก. - ขึ้นอยู่กับการลงทะเบียนของรัฐที่บังคับ
- ตั้งแต่ 30 กก. ขึ้นไป - ขึ้นอยู่กับการลงทะเบียนของรัฐ
ข้อดีที่สำคัญของการใช้ UAV และ SLA คือ:
- ไม่มีการสูญเสียจากความเสียหายต่อพืชผลด้วยล้อหรือความจำเป็นในการใช้รถราง (เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ภาคพื้นดิน)
— ประสิทธิภาพสูงพร้อมต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลง (เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องบินที่ใช้งานหนัก เนื่องจากเครื่องบินเหล่านี้ไม่ต้องการสนามบินที่มีอุปกรณ์ครบครัน)
การใช้เครื่องบินไร้คนขับช่วยในการแก้ไขปัญหาต่อไปนี้:
- การได้รับข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการสร้างพื้นฐานการทำแผนที่สำหรับที่ดินเพื่อเกษตรกรรมและการจัดวางวัตถุทางการเกษตรพร้อมพิกัดที่แน่นอนในการวางแผนและติดตามกระบวนการทางเทคโนโลยีของการผลิตทางการเกษตร
— ดำเนินการตรวจสอบระยะไกลโดยอิงจากการถ่ายภาพหลายสเปกตรัมของพื้นผิวด้านล่างของพื้นที่เกษตรกรรมเพื่อกำหนดสภาพและการพัฒนาของพืชผล การทำนายผลผลิตตามการคำนวณดัชนีพืชพรรณตามผลลัพธ์ของการถ่ายภาพสเปกตรัม ฯลฯ
— การควบคุมการปฏิบัติงานแบบเรียลไทม์สำหรับการทำงานของอุปกรณ์ภาคพื้นดินและคุณภาพของงานเกษตร
— การติดตามสุขอนามัยพืชตามรหัสทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่เกษตรกรรมเพื่อกำหนดระดับของวัชพืชของพืช การมีอยู่ของศัตรูพืชและอาการของโรคในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา รวมถึงในรูปแบบที่แฝงอยู่
การใช้ UAV สำหรับการถ่ายภาพทางอากาศในพื้นที่เกษตรกรรมเมื่อเปรียบเทียบกับภาพถ่ายดาวเทียม จะได้รับภาพที่มีความละเอียดสูงกว่า (สูงสุดหนึ่งเซนติเมตรต่อจุด) และที่สำคัญที่สุดคือทำให้สามารถดำเนินงานนี้ได้ในที่ที่มีความหนาแน่นสูง เมฆ (การบันทึกโดยใช้ยานอวกาศในช่วงเวลาดังกล่าวเป็นไปไม่ได้)
ให้เราดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตรวจสอบสุขอนามัยพืชของพืชผล เมื่อเร็ว ๆ นี้ปริมาณการใช้ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชในรัสเซียเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามสถิติทุก ๆ ห้าปีตั้งแต่ปี 2010 พวกเขาเพิ่มขึ้นสองเท่าและในปี 2020 สูงถึง 221 ตัน ด้วยปริมาณการใช้ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชที่เพิ่มขึ้น ฟาร์มจึงต้องจัดให้มีการรวบรวมและประมวลผลข้อมูลเกี่ยวกับสภาพสุขอนามัยพืชของพื้นที่เกษตรกรรมโดยทันที หากไม่มีข้อมูลนี้ ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะแก้ไขปัญหาการสนับสนุนทางเทคโนโลยีสำหรับการใช้ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชอย่างสมเหตุสมผลและปลอดภัยในกรอบเวลาเกษตรกรรมอันสั้น วิธีการสำรวจเส้นทางภาคพื้นดินที่มีอยู่ในปัจจุบันไม่อนุญาตให้ได้รับข้อมูลที่จำเป็นอย่างรวดเร็วและในปริมาณที่ต้องการ ในเรื่องนี้งานกำลังดำเนินการอย่างแข็งขันในต่างประเทศและในประเทศของเราเพื่อพัฒนาวิธีการระยะไกลที่มีประสิทธิภาพสูงในการรวบรวมข้อมูลสำหรับการวางแผนและดำเนินมาตรการปกป้องพืช สำหรับการตรวจติดตามสุขอนามัยพืชระยะไกลแบบปฏิบัติการนั้น ยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดนั้นให้วิดีโอที่มีการเข้ารหัสทางภูมิศาสตร์ ภาพหลายสเปกตรัมและไฮเปอร์สเปกตรัมของพื้นผิวด้านล่างของโลก
ควรสังเกตว่าปัญหาเกี่ยวกับการใช้วิธีการระยะไกลในการรวบรวมข้อมูลในด้านการควบคุมวัชพืช (การกำหนดตำแหน่งของวัชพืชในพื้นที่ทุ่งนา การประเมินการสูญเสียพืชผล การทำแผนที่โซนที่เป็นอันตราย) ได้รับการแก้ไขแล้วบางส่วน ในพื้นที่นี้ การวิจัยดำเนินการภายใต้กรอบข้อตกลงเกี่ยวกับความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคโดยการมีส่วนร่วมของผู้เชี่ยวชาญจาก VIZR, University of Aerospace Instrumentation (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก), Samara Agrarian Academy และ Ptero LLC (มอสโก) ผลลัพธ์เชิงบวกได้รับโดยใช้ UAV สำหรับวิธีการรวบรวมข้อมูลระยะไกลโดยใช้สเปกโตรเมตรีเพื่อประเมินวัชพืชของพืชธัญพืชและการปลูกมันฝรั่งสำหรับวัชพืชมากกว่า 20 ชนิด รวมถึงวัชพืชที่เป็นอันตรายเช่น Hogweed ของ Sosnovsky ข้อมูลได้มาจากการหาและวิเคราะห์ลักษณะสเปกตรัมของการสะท้อนจากพืชและวัชพืชที่ปลูกในช่วงความยาวคลื่น 300-1100 นาโนเมตร
ดังนั้นในระหว่างการศึกษาที่ดำเนินการเพื่อระบุคุณสมบัติที่กำหนดตามความสว่างสเปกตรัมของการสะท้อนจากพืชและวัชพืชช่วงย่อยสเปกตรัมที่ให้ข้อมูลมากที่สุดของความยาวคลื่นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจึงถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้การถ่ายภาพหลายสเปกตรัมของพื้นผิวด้านล่างของพื้นที่เกษตรกรรม โดยใช้ระบบการรับรู้ระยะไกลที่ทันสมัย การวิเคราะห์ภาพสเปกตรัมของวัชพืชและพืชที่ปลูกแสดงให้เห็นว่าเราสังเกตเห็นความแตกต่างในลักษณะเฉพาะในเส้นโค้งความสว่างสเปกตรัมที่ได้รับในช่วงย่อยของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสีน้ำเงิน เขียว แดง และอินฟราเรดใกล้ในช่วงย่อยของความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้
งานที่ยากกว่าสำหรับการใช้วิธีการสำรวจระยะไกลในพื้นที่เกษตรกรรมอย่างกว้างขวางคือการกำหนดสัญญาณข้อมูลของโรคพืชและเหนือสิ่งอื่นใดในรูปแบบที่แฝงอยู่ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าสัญญาณข้อมูลของโรคหลายอย่างมีความคล้ายคลึงกันในความสว่างของสเปกตรัมกับสัญญาณของพยาธิสภาพที่ไม่ติดเชื้อของพืชที่อยู่ระหว่างการศึกษา
ผลลัพธ์ที่เป็นบวกได้รับในการระบุโรคมันฝรั่งและความเสียหายต่อต้นมันฝรั่งโดยด้วงมันฝรั่งโคโลราโดโดยใช้สเปกโตรเรดิโอเมทรี เมื่อใช้วิธีนี้พบว่าเมื่อการปลูกมันฝรั่งได้รับผลกระทบจากโรคใบไหม้ในช่วงปลาย (รูปที่ 1) ในวันที่สามหลังการติดเชื้อเราสังเกตเห็นความสว่างสเปกตรัมของการสะท้อนลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเปรียบเทียบกับพืชที่มีสุขภาพดีและในวันที่เจ็ด วันหลังการติดเชื้อค่าความสว่างสเปกตรัมแสดงว่าพืชเกือบตาย ในกรณีนี้ค่าความสว่างสเปกตรัมในพืชที่ได้รับผลกระทบจากโรคใบไหม้ในช่วงปลายจะใกล้เคียงกับค่าความสว่างสเปกตรัมของการสะท้อนจากดิน
เมื่อมันฝรั่งได้รับความเสียหายจากด้วงมันฝรั่งโคโลราโด เรายังสังเกตเห็นว่าความสว่างของการสะท้อนกลับลดลงสองถึงสามเท่าเมื่อเทียบกับพืชที่ไม่มีความเสียหายจากศัตรูพืช รูปที่ 2 แสดงข้อมูลเกี่ยวกับความสว่างสเปกตรัมของการสะท้อนของต้นมันฝรั่ง โดยคำนึงถึงระดับความเสียหายที่แตกต่างกัน ข้อมูลที่ได้รับมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวิธีการระยะไกลในการระบุจุดโฟกัสของความเสียหายของพืชมันฝรั่งจากด้วงมันฝรั่งโคโลราโด
ปัจจุบันจากการศึกษาที่ดำเนินการเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติข้อมูลโดยพิจารณาจากความสว่างสเปกตรัมของการสะท้อนจากต้นมันฝรั่งที่มีสุขภาพดีและเป็นโรครวมถึงความเสียหายจากด้วงมันฝรั่งโคโลราโดช่วงย่อยสเปกตรัมที่ให้ข้อมูลมากที่สุดของความยาวคลื่นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าได้ถูกสร้างขึ้นสำหรับ การใช้การถ่ายภาพหลายสเปกตรัมของพื้นผิวด้านล่างของพื้นที่เกษตรกรรมโดยใช้ UAV และ SLA
เมื่อพิจารณาโรคจำเป็นต้องคำนึงถึงผลการวิจัยของสถาบันเกษตรฟิสิกส์ซึ่งทำให้สามารถกำหนดลักษณะสเปกตรัมของการสะท้อนของพืชที่ประสบกับการขาดไนโตรเจนและความชื้นในดิน
ผลลัพธ์ที่ได้มีความสำคัญสำหรับการระบุลักษณะข้อมูลที่ทำให้สามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจนเมื่อถอดรหัสสถานะสุขอนามัยพืชของที่ดินเพื่อเกษตรกรรม พืชที่ได้รับผลกระทบจากโรคและพืชที่มีโรคที่เกิดจากการขาดสารอาหารแร่ธาตุหรือความชื้นในดิน
การสร้างห้องสมุดภาพสเปกตรัมของโรคของพืชผลทางการเกษตรต่างๆ รวมถึงภาพสเปกตรัมของพืชเหล่านี้ที่ประสบปัญหาการขาดสารอาหารแร่ธาตุหรือความชื้นในดิน จะช่วยให้สามารถตัดสินใจอย่างมีข้อมูลและทันท่วงที ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของการได้มาซึ่งข้อมูลระยะไกล เพื่อรักษาเสถียรภาพของสถานการณ์สุขอนามัยพืชเมื่อมีโรคหรือเพื่อดำเนินมาตรการทางการเกษตรเพื่อลดสถานการณ์ความเครียดในพืชผลที่เกิดจากปัจจัยอื่น ๆ
สิ่งสำคัญต่อไปของการใช้ BVS คือการใช้มาตรการป้องกันพืช เป็นครั้งแรกที่ UAV ในรูปแบบของเฮลิคอปเตอร์ควบคุมระยะไกลไร้คนขับเริ่มถูกนำมาใช้ในญี่ปุ่นในช่วงต้นทศวรรษที่ 90 เพื่อรักษานาข้าวด้วยยาฆ่าแมลง ปัจจุบันในประเทศจีน ซึ่งเป็นผู้นำในการผลิตโดรนเพื่อการเกษตร พื้นที่แปรรูปที่ใช้ UAV นั้นมีมากกว่าหลายล้านเฮกตาร์แล้ว ตลาด UAV กำลังพัฒนาแบบไดนามิกทั่วโลก ปริมาณการใช้เครื่องบินเหล่านี้เพิ่มขึ้น 400-500% ต่อปี ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า การใช้เทคโนโลยี UAV ในด้านการเกษตรในโลกจะมีมูลค่าตลาดถึง 5,7 พันล้านดอลลาร์
ในบรรดาโดรนเพื่อการเกษตร บริษัทจีน DJI ครองตลาด และรุ่นที่พบบ่อยที่สุดคือ DJI Agras T16
เนื่องจากชิ้นส่วนส่วนใหญ่ของ UAV ของรุ่นนี้ทำจากวัสดุคอมโพสิต น้ำหนักของอุปกรณ์จึงไม่เกิน 18,5 กก. (ไม่รวมแบตเตอรี่) ด้วยอุปกรณ์ป้องกันพืชเมื่อเติมของเหลวทำงานลงในถังน้ำหนักเครื่องจะถึง 41 กก. ความจุของอ่างเก็บน้ำของเหลวทำงานคือ 16 ลิตรเมื่อบูมติดตั้งหัวฉีดแปดอัน ข้อดีของโดรนรุ่นนี้คือติดตั้งเรดาร์ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการชนกับสิ่งกีดขวางได้อย่างมาก และยังให้ความสามารถในการควบคุมในเวลากลางคืนโดยใช้สปอตไลท์อีกด้วย ระดับความสูงในการบินที่เหมาะสมที่สุดของโดรนเหนือสนามคือ 2,5-3 เมตร และหากจำเป็น อุปกรณ์สามารถสูงถึง 30 เมตร (ระดับความสูงสูงสุดของการบินในแนวนอน) ความสูงนี้จำเป็นสำหรับการรักษาไม้ยืนต้น พืชในสวนพฤกษศาสตร์ และป่าไม้จากศัตรูพืชและโรค
ในสหพันธรัฐรัสเซีย ได้รับผลลัพธ์เชิงบวกจากการใช้ BVS เพื่อต่อสู้กับสัตว์ฟันแทะที่มีลักษณะคล้ายหนู (การวิจัยดำเนินการโดยการมีส่วนร่วมของ VIZR และบริษัท Ginus) การทดสอบภาคสนามของการติดตามระยะไกลและการใช้รหัสทางภูมิศาสตร์ของสารกำจัดหนูในโพรงของหนูที่มีลักษณะคล้ายหนู แสดงให้เห็นว่าความแม่นยำของเทคโนโลยีใหม่เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ด้วยตนเองคือ 91% เทียบกับ 97%
ประสบการณ์เชิงปฏิบัติได้รับการสะสมในการใช้ UAV เพื่อติดตามพื้นที่จำหน่ายของ Hogweed ของ Sosnovsky ระยะไกลรวมถึงการใช้เทคโนโลยีการฉีดพ่นสารกำจัดวัชพืชเพื่อกำจัดสายพันธุ์ที่เป็นอันตรายนี้
แม้จะมีผลลัพธ์เชิงบวกและโอกาสในการใช้ UAV ในด้านการเกษตร แต่ก็มีข้อบกพร่องรวมถึงปัญหาที่ไม่ได้รับการแก้ไขในด้านกฎหมายและเอกสารกำกับดูแลเกี่ยวกับการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยสำหรับการตรวจสอบระยะไกลและการคุ้มครองพืช ได้แก่:
- UAV ค่าใช้จ่ายสูงโดยมีความเสี่ยงที่จะสูญเสียอุปกรณ์ระหว่างการทำงาน
- ข้อจำกัดทางกฎหมายในการใช้งาน: ในประเทศส่วนใหญ่ของโลก UAV จะต้องอยู่ในสายตาของผู้ปฏิบัติงานขณะปฏิบัติงาน (ระยะทางไม่เกิน 500 เมตร)
- ความจำเป็นในการลงทะเบียน ลงทะเบียนอุปกรณ์ (ในประเทศส่วนใหญ่ หากมีน้ำหนักเกิน 25 กก.) และได้รับใบอนุญาตให้ใช้ UAV เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้า
- ความต้องการอุปกรณ์ราคาแพงเพิ่มเติมและบุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสม: เพื่อการทำงานของ UAV อย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพจำเป็นต้องมีแบตเตอรี่และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มเติมอย่างน้อยสามก้อนเพื่อชาร์จ มีคนอย่างน้อยสามคนมีส่วนร่วมในการซ่อมบำรุงเครื่องหนึ่งเครื่อง
- การพึ่งพาสภาพอุตุนิยมวิทยามากขึ้น ในสภาพอากาศที่มีลมแรง การควบคุมอุปกรณ์ทำได้ยาก โดยเฉพาะเมื่อมีลมด้านข้างพัดแรง
- ขาดกฎระเบียบที่ถูกต้องตามกฎหมายสำหรับการใช้ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชโดยใช้ BVS ตามข้อกำหนดของกฎหมายของรัฐบาลกลางหมายเลข 109 “ในการจัดการสารกำจัดศัตรูพืชและเคมีเกษตรอย่างปลอดภัย”;
- ขาดเอกสารกำกับดูแลเกี่ยวกับการดำเนินงานอย่างปลอดภัยของ UAV ในด้านการเกษตร
- ขาดมาตรฐานความเสี่ยงด้านการประกันภัยสำหรับนิติบุคคลและบุคคลเมื่อใช้ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชโดยใช้ BVS
- ราคาสูงและการขาดผลิตภัณฑ์ซอฟต์แวร์สำหรับการแก้ปัญหาการตรวจสอบสุขอนามัยพืชระยะไกลของวัชพืชศัตรูพืชและโรคโดยคำนึงถึงเกณฑ์ความเป็นอันตรายทางเศรษฐกิจรวมถึงการถอดรหัสผลลัพธ์โดยอัตโนมัติ
มีความจำเป็นเร่งด่วนในการสร้างศูนย์ระดับภูมิภาคสำหรับฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงานและการทดสอบกฎระเบียบทางเทคโนโลยีทางอุตสาหกรรมสำหรับการใช้ UAV ในการติดตามและปกป้องพืช
ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรมสำหรับการเปลี่ยนผ่านสู่ดิจิทัลของการเกษตร จำเป็นต้องเร่งการพัฒนาฐานข้อมูลขนาดใหญ่ของตัวอย่างอ้างอิงของวัชพืชในขั้นตอนการพัฒนาที่เปราะบางที่สุดสำหรับการใช้สารกำจัดวัชพืชและตัวอย่างอ้างอิงที่มีสัญญาณข้อมูลลักษณะเฉพาะของความเสียหายของศัตรูพืชต่อพืชผลหลัก . สิ่งสำคัญเท่าเทียมกันในการสร้างห้องสมุดภาพสเปกตรัมของพืชที่มีสุขภาพดีและเป็นโรคโดยคำนึงถึงอิทธิพลของระดับสารอาหารแร่ธาตุและพารามิเตอร์ทางการเกษตร
Anatoly Lysov หัวหน้าห้องปฏิบัติการคุ้มครองพืชผสมผสาน สถาบันงบประมาณของรัฐบาลกลาง VIZR อีเมล: lysov4949@yandex.ru