Навіщо агробізнесу космічні технології?

Як виявилося, для комплексу послуг з дистанційного зондування, у якому поєднуються, доповнюючи одне одного, космічні та авіаційні (зараз це передусім безпілотні) технології моніторингу, сільське господарство — один з головних замовників. Які ж проблеми сільгоспвиробників можуть вирішити космічні технології?

 

Сільське господарство — один з головних споживачів даних космічного зондування

Потенційну потребу лише центральних та місцевих органів влади у даних дистанційного зондування Землі начальник інформаційно-аналітичного відділу Національного центру управління та випробувань космічних засобів Державного космічного агентства України Сергій Янчевський оцінює в більш ніж 300 млн євро на рік. При цьому другою за важливістю сферою, що потребує цих даних, після військової та охорони кордону (що поробиш — країна воює), є галузь продовольчої безпеки. Її потребу Сергій Янчевський оцінює в грошовому виразі в 93,5 млн євро. Для порівняння: на всі інші проблеми, крім оборони і продовольчої безпеки, припадає лише 20% потреб у даних дистанційного зондування.

Що ж можуть дати космічні технології сільському господарству? Як розповів ректор Національного авіаційного університету Володимир Ісаєнко, комбінований авіакосмічний моніторинг має чотири основних складових:

зондування поверхні;

мультиспектральна зйомка сільськогосподарських угідь;

гарантований щоденний моніторинг та

системи обробки даних моніторингу.

Чому раптом усе це стало потрібно сільському господарству? Адже раніше вирощували врожай без ніяких космічних технологій. Однак з розвитком і впровадженням точного землеробства значно розширився спектр корисної інформації. Ось тут і стала в нагоді інформація, отримана шляхом дистанційного моніторингу полів. Отримавши її, точне землеробство використовує ці дані для диференційованого внесення добрив та ЗЗР, диференційованого поливу і багато чого іншого, що в кінцевому рахунку дає змогу заощадити ресурси і знизити витрати та сприяє підвищенню врожайності.

Взяти хоча б спектральний аналіз. Він дає змогу визначити стан рослин, а відтак — проблемні зони, де причиною порушень можуть бути чи то ущільнення або пересихання грунту, чи то порушення мінерального живлення. Також ця технологія дає змогу прогнозувати врожайність. Щоправда, авіакосмічне зондування вимагає контрольного моніторингу з землі на щонайменше 5% території.

 

Практичні аспекти

Зараз навколо Землі обертається маса супутників, які здійснюють дистанційне зондування. Розрізнення цих даних дуже різне. Наприклад, супутники NASA та NOAA (Національного управління океанічних та атмосферних досліджень США) мають розрізнення від 1 км до 250 м. Переваги подібних знімків у тому, що вони охоплюють великі території. А навіть такого малого розрізнення вистачає для того, щоб, наприклад, відслідковувати рух повітряних мас, циклонів, атмосферних фронтів. Наприклад, для складання карти вологості грунтів вистачає розрізнення в 500 м.

Українські супутники «Січ-2-1» і «Січ-2М» забезпечують розрізнення 7,8 м, а такі, як «Січ-3.0», «Січ-3-R», Black Dice, Aerosol-UA — від 2,1 до 0,7 і навіть 0,5 м. Розрізнення у 0,5 м вважається дуже високим (рекордне, досягнуте на сьогодні супутниками, звісно ж, іноземними — 31 см). На місцевості один знімок охоплює вже не велику територію, квадрат зі стороною 10–12 км. Це дає змогу отримувати більш детальне зображення.

Але навіть такої детальності для деяких потреб недостатньо. До того ж супутниковій зйомці може заважати хмарність. Заглянути крізь хмари може радарна зйомка. А збільшити розділення до лічених сантиметрів може фотозйомка з безпілотника з малих висот. Наприклад, зйомка з дрона з висоти 120 м може забезпечити розділення в 4,8 см. Щоправда, літаючи на такій висоті, безпілотник може облетіти за годину всього 130 га.

Інформацію з супутників, причому не лише українських, а й іноземних, як розповів С. Янчевський, збирає Національний центр управління та випробувань космічних засобів Державного космічного агентства. Ця інформація може бути використана для:

ідентифікації та обліку площ посівів;

прогнозу врожайності культур;

оцінки стану посівів;

збирання інформації про дефіцит елементів живлення та поширення шкідників і хвороб з метою забезпечення диференційованого внесення добрив та ЗЗР;

визначення площ парів;

контролю сівозмін;

контролю якості проведення робіт;

визначення площ вимерзання культур;

визначення площ пасовищ і навіть

аналізу результатів субсидування.

Наприклад, Спільна сільськогосподарська політика ЄС, котра передбачає субсидування фермерів, здійснює також моніторинг використання дотацій фермерами. І якщо в 90-і цей моніторинг починали інспектори, як об’їжджали всі фермерські господарства, то зараз, як розповів головний спеціаліст групи ГІС та ДЗЗ Національного центру управління та випробувань космічних засобів Сергій Сластін, система моніторингу дотацій з кожним роком усе більше використовує дані дистанційного зондування.

Як приклад широкого використання ДЗЗ для практичних потреб фермерів він навів Францію, де вже півтора десятки років існує система космічного моніторингу, яка здійснює спостереження посівів 4 основних культур: пшениці, ячменю, сої та тритикале. Космічний моніторинг шкідників та процесу вегетації доповнюється наземним контролем на 5% території, який здійснюють близько 1500 чоловік по всій країні. Кінцевим результатом їхньої роботи стають рекомендації щодо підживлень, обробок а також прогноз урожайності. Ці дані розміщуються на порталах у відкритому доступі, а рекомендації надсилаються фермерам за певну плату. А у США здійснюється моніторинг відразу по 130 культурах, на основі якого здійснюються прогнози врожайності в масштабах країни.

 

Що роблять в Україні

В Україні теж ведуться розробки в цьому напрямку. Як розповів генеральний технічний директор фірми EOS Володимир Васильєв, збір даних з 4 джерел (супутникова оптична зйомка, супутникова радарна зйомка, аерофотозйомка і зйомка з копте рів) та хмарна обробка зображень з метою багатоцільової аналітики дала змогу здійснювати:

класифікацію земного покриву;

класифікацію культур;

визначення меж поля та висіяної культури;

аналіз сівозміни;

стан урожаю;

карти вегетації;

карти грунтів;

опади;

погодні умови;

прогнозування врожайності.

Наприклад, класифікація культур можлива з точністю понад 90% наприкінці вегетації. Але обов’язково потрібен наземний контроль для калібрування даних: для однієї культури слід мати дані з 50 полів.

Перший досвід моніторингу здобув і Національний центр управління та випробувань космічних засобів. Торік реалізований пілотний проект комплексного моніторингу на прикладі одного району — Дунаєвецького на Хмельниччині. Були використані дані оптичної зйомки з супутників та радіолокаційної, коли оптична не давала змоги визначити культуру, а також паперові носії. Дані космічного зондування підтверджували наземними обстеженнями, які охопили 8% території і проводились тричі за сезон. Вони включали визначення координат за допомогою GPS, ідентифікацію культур, що вирощуються, та вимірювання висоти стебла. Обробка інформації дала змогу створити карту району з роздільністю близько 10 м, де було видно всі близько 4500 ділянок і всі культури, що на них вирощуються.

Серйозною проблемою став хаос у даних земельного кадастру. Тому виконавцям проекту довелося створювати векторну карту самотужки. Власними силами довелося й писати ПЗ для фільтрації радіолокаційних даних.

Ця інформація вже стала в пригоді одній з агрофірм району (ТОВ «Подільський бройлер») у її практичній діяльності: Національний центр управління та випробувань космічних засобів надав агрономам фірми інформацію щодо індексів вегетації та вологості.

Крім того, Центр вже давно здійснює моніторинг озимих, зокрема, сходів і вимерзання, моніторинг снігозалягання та сніготанення. Також отримано перший досвід аналізу наслідків буревію за допомогою космічного зондування: завдяки цьому вдалося отримати оперативну, а, головне, — об’єктивну інформацію про шкоду для посівів.

 

Переваги і проблеми

В цілому ж, як відзначив генеральний директор Української аграрної конфедерації Павло Коваль, великим агрофірмам дані космічної зйомки стануть у нагоді при вирішенні більш стратегічних завдань: прогнозування умов вегетації, визначення, що й коли вирощувати, страхування, оцінки вартості землі. Водночас великі агрокомпанії потребують даних космічної зйомки для авто пілотування та паралельного водіння, відслідковування переміщень техніки, диференційованого внесення добрив. Середні агрофірми, на думку П. Коваля, потребують даних космічного моніторингу для авто пілотування і паралельного водіння та для управління погодними ризиками. Натомість малим господарствам космічні технології потрібні для вирішення більш повсякденних завдань: диференційованого зрошення, удобрення, взаємодії між технікою, моніторингу посівів, оцінки вартості землі, обґрунтування технологічних та управлінських рішень, оптимізації витрат.

При цьому затрати на інформацію космічного зондування, як переконує С. Янчевський, становлять лише близько $3 на гектар, що дуже мало порівняно з загальними інвестиціями господарств у вирощування, що досягають на польових культурах $500 на гектар.

Перший досвід використання даних космічного зондування в українських господарствах, за словами П. Коваля, виявив як вигоди, так і недоліки отримуваної інформації. Серед вигод від використання даних космічного зондування фермери, за словами П. Коваля, найчастіше називали:

зниження витрат матеріально-технічних ресурсів (його відзначили понад 80% фермерів);

екологічні переваги;

кращу якість продукції;

підвищення валового збору;

кращі умови роботи та безпеку;

економію часу;

покращення контролю;

зниження страхових премій (вартості страхових послуг для аграрія).

Серед проблем при використанні космічних технологій у сільському господарстві аграрії назвали:

високу вартість придбання та експлуатації обладнання;

зникнення час від часу сигналу мобільного Інтернету;

сумісність обладнання, ПЗ і даних;

надійність супутникового зв’язку;

точність позиціонування GPS;

недостатню якість технічної підтримки;

тривалість процесу програмування та калібрування пристроїв;

складність обробки даних та зручність використання інформації;

недостатню підготовку персоналу сільгосппідприємств;

недостатню точність і надійність інформації;

недостатні розділення або частоту оновлення даних.

І лише менше 20% сказали, що не бачать ніяких труднощів у використанні космічних технологій. Водночас не зрозуміли переваг цих технологій лише 2–3% фермерів.

Тож космічні технології напевне з кожним роком усе більше допомагатимуть українським аграріям, попри наявні проблеми.

 

Богдан Малиновський, b.malinovskiy@univest-media.com