Проблеми та перспективи аеромоніторингу у сільському господарстві

Нові аграрні горизонти в Україні сьогодні потребують сучасних технологічних та інноваційних підходів щодо обробітку землі. У кожному виді земельних відносин не останнє місце, а в деяких випадках і перше, займає оперативна інформація щодо стану посівів та земель сільськогосподарського призначення, тобто моніторинг.

М. Солоха,
ст. наук. співробітник,
Національний науковий центр
«Інститут грунтознавства та агрохімії
ім. О. Н. Соколовського»

Своєчасна інформація для керівника господарства гарантує вчасне прийняття управлінського рішення, яке, своєю чергою, є запорукою отримання запланованого врожаю. Без сумнівів, моніторинг має бути оперативним, повноцінним та інформативним. У розвинутих країнах, таких як США, країни Європи (особливо Німеччина, Франція) та Ізраїль, нині розвивають новий напрям моніторингу: аерофотозйомку (АФЗ) за допомогою літаків-безпілотників. Цей напрям розвивають також Росія, Білорусь та Україна.
На мою думку, що збігається із позицією науковців Національної аграрної академії наук, майбутнє — за безконтактним (дистанційним) моніторингом, який у недалекій перспективі може замінити застосовувані нині системи моніторингу грунтів.

Навіщо господареві
це потрібно?
На це питання є проста відповідь: цей метод дає змогу оперативно отримувати інформацію про стан посівів сільськогосподарських культур. Ви зауважите, мовляв, що тут такого складного — можна поїхати і самому подивитись, в якому стані посіви. Так, можна, але це вже буде неоперативна інформація. А як відомо, від вчасного надходження інформації залежить успіх справи. Недарма ж у народній приказці мовиться: «Дорога ложка до обіду». Також можна ефективно оптимізувати (скоротити) витрати на мінеральні добрива, пальне тощо.

Можливості аерофотозйомки — на допомогу керівникові, фермеру та агроному
   Сканування сільськогосподарських рослин на полі із достовірністю 99,9%, що дає повну інформацію про стан рослин для прийняття рішення про потребу внесення добрив (або неактуальність такої).
   Оптимізація внесення добрив та роботи с.-г. техніки на полі.
   Моніторинг внесення посівного матеріалу та контроль появи сходів с.-г. рослин.
   Оперативне реагування на якість роботи механізаторів (шляхом моніторингу слідів проходження техніки полем).
  Використання безпілотної агротехніки для охорони врожаю на полі.
  Спостереження впродовж вегетаційного періоду культури.
Найважливіша перевага аерофотозйомки перед іншими видами дистанційного зондування — виконання зйомки у визначений замовником, керівником господарства (чи власником безпілотника) час і отримання оперативних даних дослідження. Нижче наведено декілька знімків, «зчитування даних» із яких лягло в основу прийняття відповідних виробничих рішень.
Аеромоніторинг відкриває можливості оперативно та з великою точністю визначити локалізовані площі, які потребують внесення добрив (фото 2,  а) на поле, та зекономити шляхом уникнення перевитрат добрив, пального, робочого часу механізаторів.
Стан посівів. Нехарактерний колір гречки на території поля (фото 2, б —   червоні круги). У цих ареалах культура почуває себе пригніченою через природну улоговину, де рослини гречки зазнають вимокання, що зрештою знижує врожайність цієї культури. Ця проблема потребує відповідного рішення: або не вирощувати гречку в цих місцинах, або висівати іншу культуру, яка б добре почувалась в умовах пониження рельєфу поля і підвищеної вологості.
Якість роботи механізаторів можна успішно контролювати й оцінювати відразу після її завершення (фото 2,  в), а не визначати за результатами розвитку рослин у період дозрівання культури чи взагалі після збирання врожаю, коли вже, ясна річ, нічого не можна виправити або змінити. Натомість завдяки аерозйомці можна проаналізувати поточну ситуацію та зробити відповідні висновки щодо застосування, в разі потреби, коректувальних заходів.
Питання охорони полів від крадіжок (фото 3) є актуальним для господарств із року в рік. Поява нового інструмента для моніторингу полів у період достигання врожаю розширює можливості успішного вирішення цього питання. Деякі виробники встановлюють на безпілотники інфрачервоні камери, тепловізори, які дають змогу працювати і в нічний час, тобто вести цілодобове патрулювання врожаю.

Переваги використання безпілотних літаків
  Помірна або однакова ціна, порівняно з методом космічної зйомки, за вищої якості отриманих знімків.
  Отримання знімків можливе прямо в процесі польоту, що не потребує періоду очікування (5–6 діб). До того ж, за потреби, можна скорегувати політ згідно із вимогами користувача в реальному часі.
  Висока роздільна здатність знімків (до 5 см) за висоти польоту 100–600 м над поверхнею землі
  У разі обмеження видимого діапазону — можливість зйомки під хмарами, що є «ахіллесовою п’ятою» за проведення космічних знімків.
  Можливість локальної зйомки: тільки одного поля чи певної його частини, — що в принципі неприйнятно для космічної зйомки, оскільки, наприклад, така послуга буде економічно невигідною (задорогою) для одного фермера.
Крім того, у найближчому майбутньому в Україні через нестачу відповідного фінансування не буде можливості отримати свій власний штучний супутник для проведення власних наукових досліджень та вирішення практичних завдань сільгоспвиробників. Тому за допомогою безпілотних літаків можна створити порівняно дешеву технологію отримання знімків для окремих господарів-аграріїв.

Хто представлений на цьому ринку продукції?
У табл. 1 наведено тільки ті технічні характеристики, які є найважливішими під час експлуатації, всі інші можна знайти в мережі Інтернет. Це зроблено спеціально для зручності інтерпретації характеристик цих комплексів. Слід детально опрацювати дані, наведені в таблиці. По-перше, виробники переважно представлені Російською Федерацією, лише один — зі Швейцарії. Для кінцевого користувача це не має великого значення, але виникають деякі труднощі під час перевезення придбаних комплексів через кордон (потрібні митні документи). В Україні теж є виробники безпілотників. Але, порівняно із закордонними комплексами, вони їм програють, тому що виконані як прототипи, а не кінцеві продукти. Розмитнення призводить до подорожчання комплексу для кінцевого користувача в Україні, але вітчизняні компанії ведуть роботу в напрямі створення відповідного вітчизняного аналога.
Кінцевого користувача цікавить питання ефективності та цінова політика продукту. Що потрібно брати до уваги, маючи намір придбати для себе безпілотний комплекс? Так, якщо господарство має розміри, наприклад, до 20 тис. га, то не варто купувати безпілотник із великою дальністю польоту (тривалістю в декілька годин), в будь-якому разі слід провести відповідні розрахунки: середню швидкість безпілотника помножити на тривалість польоту та отримати загальну його дальність. Якщо ця перемінна дорівнює довжині полів господарства з півночі на південь (або перевищує), то слід уважніше розглянути цю пропозицію. Це загальні рекомендації, у кожному разі треба враховувати всі фактори: вартість складових комплексу, собівартість однієї хвилини часу роботи комплексу, його надійність тощо, — які впливають на кінцевий результат (вартість експлуатації) комплексу. Слід також врахувати ще один важливий фактор — технічний персонал для обслуговування комплексу, який ще потрібно відповідно підготувати. Проте ці витрати потім швидко окуповуються результатами виконаної роботи та зекономленими коштами. І зрештою — безпосередньо сам процес аерофотозйомки. Під час виконання її в період, коли, наприклад, космічна зйомка неможлива (за загальної хмарності), треба правильно інтерпретувати результати зйомки для кінцевого користувача, що є складним методичним процесом, заснованим на статистичних даних із полів господарств.
Деякі власники господарств замовляють послуги АФЗ фахівцям цієї справи, а не купують комплекс для самостійного користування. Вартість такої послуги становить від 2 до 10 грн/га, що дає змогу зекономити та детальніше ознайомитись із цим інноваційним моніторинговим інструментом у сільському господарстві.
Також додамо, що проста АФЗ для кінцевого користувача (господаря, фермера) має мало користі. Знімки ще потрібно переробити у відповідні картосхеми, зрозумілі для агрономів, які працюють на цих полях. А для цього треба вміти «читати», що показує АФЗ: в якому місці посіву культури слід внести добрива і які саме, де провести поливання, а в якому випадку — обмежити саме поле, вивівши з обробітку місце, вирощування на якому не дає очікуваного врожаю, тощо. Тож поки що інтерпретація АФЗ становить певні труднощі. Проте над цим нині працюють як в Україні — Національний науковий центр «Інститут грунтознавства та агрохімії імені О. Н. Соколовського», так і за кордоном.
Прямий конкурент аерофотозйомки — космічна зйомка із супутників. У рамках цієї статті справедливо буде розглянути й послуги космічного сегмента моніторингової технології, які надаються сільському господарству. Нижче наведено країни, які пропонують послуги з дистанційного зондування (табл. 2).
Згідно з даними цієї таблиці можна зробити висновок, що для того, щоб зробити зйомку будь-якого господарства, потрібно витратити десятків тисяч гривень. А якщо виконати зйомку з роздільною здатністю на рівні посівів, вартість скоротиться до декілька тисяч гривень. Звісно, із фінансової точки зору проведення моніторингу грунтів за допомогою космічної чи аерофотозйомки за допомогою звичайних технічних засобів (супутників або літаків) за нинішніх скрутних умов для пересічного господарства обійдеться задорого. Але вже сьогодні деякі фірми на цьому ринку мають комерційні пропозиції, які зводяться до надання вже готової послуги у вигляді картосхеми з відповідними контурами, які зроблені на основі космічної зйомки і розшифровка яких вкаже, де й у якій кількості слід внести добрив.

Скільки можна зекономити
на полі (100 га) за використання цих пристроїв?
Застосування цього методу моніторингу дає змогу зекономити на внесенні добрив шляхом уникнення їхніх перевитрат. Розглянемо тільки один аспект. За норми внесення азоту в діючій речовині 30 кг/га (за його вмісту 34,5% в аміачній селітрі) необхідно внести селітри до 87 кг/га. Залежно від усереднених результатів моніторингу на полі в 100 га, як правило, вносити добрива слід тільки на 50–70% загальної площі поля, у нашому разі — на 70 га. Для цього потрібно 6,09 т селітри. Якщо не проводити моніторинг, то розрахункове внесення селітри становить 8,7 т. За ціни 1 т селітри у середньому 3000 грн/т маємо витрати: без спостережень — 87,7 тис. грн, із урахуванням результатів моніторингу — 26,1 тис., або 61,6 тис. грн економії.
Таким чином, порівняно з космічною зйомкою як основним конкурентом на ринку систем космічно-повітряного моніторингу, АФЗ має низку переваг: можливість визначати час проведення самої зйомки за бажанням замовника, тоді як для космічної це неможливо; відносна дешевизна. Проте є проблема, що стає на заваді використання безпілотних комплексів, — це невизначеність їхнього юридичного статусу. Мається на увазі не визначення їх у Повітряному кодексі України (туди їх уже занесено), а реальний механізм їхньої експлуатації у повітряному просторі України. Уявіть ситуацію, коли безпілотник застосовують над якимось полем або площею полів і водночас там пролітає гелікоптер МНС або приватний літак, — у такому разі вірогідність авіакатастрофи різко зростає. Тоді як приведення юридичного статусу безпілотників до норми, за якою їх визнано міні-літаками із наданням відповідних документів, зокрема дозволу на проведення польотів, забезпечує правову якість послуги та безпеку використання повітряного простору. Таким шляхом пішли розвинуті країни, де не заборонено польоти таких апаратів, зокрема й наші сусіди — Росія, Білорусь, низка інших країн.
Але якщо в цілому порівнювати обидва підходи до агромоніторингу, то АФЗ має декілька унікальних можливостей, а саме: проведення перспективної зйомки, що дає змогу здійснювати експрес-оцінювання стану сільськогосподарських культур та впливу рельєфу на врожайність, встановлення грунтових контурів, що неможливо для космічної зйомки (неможливість отримання перспективного знімка з необхідною роздільною здатністю), проведення зйомки у час, який потрібен замовнику, та повторення зйомки ще стільки разів, скільки потрібно (у разі придбання комплексу або наявності грошей).
Використання зазначених комплексів (безпілотного літака та відповідного програмного забезпечення) дає змогу вирішувати широке коло практичних завдань моніторингового характеру, а відтак — вони приречені для експлуатації в сільському господарстві.