Використання безпілотників у точному землеробстві

Під час проведення весняно-польових робіт, особливо в сучасних умовах господарювання, гостро постає питання економії. Воно актуальне не тільки впродовж усього вегетаційного періоду сільськогосподарських культур, а й торкається використання мінеральних та органічних добрив, пально-мастильних матеріалів тощо. Сьогодення диктує свої вимоги, тож господарства, які не перейдуть на жорсткий контроль за цими статтями витрат, поступово втратять свої позиції на ринку та стануть у майбутньому банкротами.

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

Справді, вже нині застосовують та постійно розвиваються системи контролю пального в техніці, не відстають від них системи GPS-контролю за автотранспортом. Останнє покоління причіпного та навісного сільськогосподарського обладнання може діяти вибірково та має в своїй пам’яті схему поля з напрямками та щільністю посадженого насіння. Усі ці системи вирішують нагальне питання економії та раціонального використання активів господарства, де вони працюють.
Коли насіння проростає, на початку вегетації воно потребує внесення азотних добрив. На питання, коли слід вносити добрива, відповідає агроном. На питання, де їх вносити, останніми роками відповідає новітня послуга під назвою «космічна зйомка». Зупинимося детальніше на цій послузі.

Погляд зверху
Безперечно, вона має свої плюси, такі як велике охоплення території. Тобто фірмам-посередникам вигідно надавати послугу на якомога більшу територію. Також вона відносно не дороговартісна, тому що використовують космічні знімки досить низької просторової здатності. До мінусів слід віднести той факт, що в Україні наразі відсутній свій власний штучний супутник, з якого можна було б отримати такого роду інформацію, тобто вся ця інформація з космічної зйомки потрапляє до України у певний час, який визначає надавач послуги із-за кордону, тому це може бути не зовсім вчасно для аграріїв. Поки немає альтернативи, аграрії використовують те, що можуть.
За кордоном, переважно в Німеччині, Росії та Білорусі, останніми роками поступово починають впроваджувати нову систему моніторингу за станом рослинності, яку засновано на аерофотозйомці (АФЗ) з безпілотних літальних апаратів.
Принципова схема їхнього використання така:
 проведення аерофотозйомки над полем (низкою полів);
 отримання цілої низки аерофотознімків із файлом географічної прив’язки;
 створення у відповідному програмному забезпеченні ортофотоплану поля (полів);
 оцінка стану сільськогосподарської рослинності;
 одержання управлінського рішення на базі оцінки за ортофотопланом;
 створення технологічної карти внесення азотних (мінеральних) добрив у відповідних місцях на полі (полях).

Коли проводити зйомку
Зупинимося на цих етапах детальніше. Проведення аерофотозйомки  потребує дотримання особливих умов, для того щоб отримати оптимальний результат. Для проведення АФЗ треба обирати найбільш сонячну погоду, для того щоб знімки мали найконтрастніше зображення. За неможливості дотримання цієї умови спеціалісти радять проводити спектральний аналіз знімка, щоб уникнути спотворень, які може дати хмарність. Також треба враховувати місця перекриттів знімків між собою, для того щоб знизити до мінімуму спотворення об’єктива камери, що робить зйомку. Таким чином отримують серії знімків, маршрути яких становлять смугу визначеної ширини та довжини, де ширина визначається висотою, а довжина — тривалістю польоту безпілотника. Отримані знімки спеціальним чином перетворюють на цілісний знімок поля (або полів), який наочно показує стан с.-г. рослинності та має низький рівень погрішності як за довжиною, так і за площею поля (полів), що дуже важливо за ведення точного землеробства. Отриманий ортофотоплан аналізують для виявлення ареалів (місць), де с.-г. рослинність відстає від нормального росту, що надалі може обернутися недоотриманням урожаю. На базі аналізу ортофотоплану приймають управлінське рішення щодо внесення відповідних добрив у визначених місцях на полі, що забезпечує значний економічний ефект. Найважливішим у цьому процесі є те, що зйомку можна й треба проводити впродовж усього вегетаційного періоду — це дасть змогу контролювати процес росту й дозрівання рослин.
Ми детально розглянули ці етапи для того, щоб показати, наскільки реально чи ні використовувати цю техніку в господарстві. Звісно, рівень підготовки персоналу для роботи з цією технікою має бути на досить високому рівні.

Етапи проведення АФЗ для вирішення завдань точного землеробства
Для проведення тестового першого етапу АФЗ не було дотримано метеорологічних умов (час зйомки — від 11.00 до 14.00, у день її проведення небо було вкрите суцільними хмарами, швидкість вітру перевищувала 6–7 м/с). Спеціалісти вважають, що зйомка за суцільної хмарності та підвищеної швидкості вітру не дає достовірного результату. Але під час проведення цієї АФЗ, навіть за не зовсім сприятливих метеорологічних умов, було отримано достовірний результат. Аналізуючи фото 1, ми бачимо, що низка перспективних зображень (угорі фото цифрами позначено номери в серії знімків) не була зроблена чіткою лінією, і кут зйомки коливався від 1 до 5°, та, проте, цей факт не став на заваді створенню ортофотоплану (знизу на фото 1). Перекриття знімків було на рівні 50–60% площі попереднього знімку, що дало змогу відтворити ортофотоплан дослідного поля. Спотворення на ортофотоплані спостерігаються тільки на периферії, де розташовані лісосмуги, та не впливають на точність дослідження.
 Після отримання ортофотоплану дослідного поля (фото 2, а) було проведено підсилення контрастності знімка з метою виявлення контурів стану с.-г. рослинності (фото 2, б) оглядовим методом (експрес-оцінювання). У результаті отриманої експрес-оцінки ортофотоплану (фото 2, б) чітко видно контури с.-г. рослинності на полі (зліва у верхньому куті), також виокремлено паралельні проходження с.-г. техніки полем. Але для повного оцінювання та встановлення просторових меж с.-г. рослинності (озимої пшениці), виокремлення її з-поміж інших природних об’єктів є потреба у проведенні спектрального аналізу ортофотоплану.
Тобто для селекції, або відокремлення с.-г. рослинності від інших природних об’єктів на полі (від бур’янів, дерев) та для правильної інтерпретації ортофотоплану було проведено спектральний аналіз (фото 3, а, пакет для спектрального аналізу ErdasImage).
Аналіз фото 3, а дає змогу розрізняти (за різними кольорами) як саму озиму пшеницю, так і дерева з чагарниковою рослинністю по периметру поля. На території поля чітко простежується й інша рослинність — бур’яни, які потребують особливої уваги. За даними аналізу агроном приймає рішення щодо застосування хімікатів, які є на озброєнні у господарстві (фото 3, б).
Не менш важливим кроком є створення файла географічної прив’язки для отриманого ортофотоплану. Географічну прив’язку роблять, як правило, двома способами. У разі якщо АФЗ робили фотоапаратом, у якому є GPS, тоді кожен аерофотознімок має географічні координати центра знімка, а якщо повітряну зйомку робили без застосування цих приладдів, тоді географічну прив’язку роблять уже після проведення АФЗ. Для цього використовують реперні точки на границях полів або відомі геодезичні центри. Нижче покажемо один із варіантів географічної прив’язки аерофотознімків.
Після отримання географічних координат ортофотоплану його слід завантажити в ГІС (географічну інформаційну систему). Цей крок потрібен для подальших розрахунків площ та контурів внесення мінеральних (органічних) добрив та площ, на яких потрібно знищити бур’яни.
Отже, ми підійшли до виконання головного завдання, задля якого проводили всі ці високотехнологічні дії і вирішення якого й потребує точне землеробство.
Беручи до уваги інформацію з оперативного ортофотоплану, почнемо розрахунки: загальна площа полігона, що тестується, — 2,7 га, на ньому було ідентифіковано 0,87 га зернових, які мають досить добре розвинені рослини, на іншій площі — озиму пшеницю, яка відстає від норми росту та розвитку, також визначено місця масового росту бур’янів. Тобто внесення азотних добрив потребує тільки 1,83 га на певній визначеній площі. Крім цього, треба внести гербіциди, але також не на всій площі, а тільки у 14 точках, які мають свої географічні координати. Отже, агроном уже може порахувати, де й скільки він зекономить під час внесення тільки мінеральних добрив та гербіцидів.
Але було б неправильно зупинитися лише на цьому кроці вирішення завдання точного землеробства. Відомо, що сучасна с.-г. техніка має змонтовані GPS-навігатори, які дають змогу з великою точністю (майже до рядка) проводити внесення як хімікатів, так і добрив. А у разі використання технології «стрип-тілл» — проводити всі ці операції одночасно, тож це ще й реальна економія пального.
Тому правильним рішенням було б створення технологічної карти (картосхеми) внесення цих хімічних сполук на поле. На нашу думку, така карта повинна мати вигляд серії географічних координат, які сигналізують у процесі виконання технологічних операцій про включення/виключення відповідного обладнання, з яким агрегатується трактор. Так, наприклад, під час внесення рідких хімікатів, коли причіп доїжджає до потрібної координатної точки, включається насос і відбувається їхнє внесення, а коли така потреба відпадає — відключається.
Для наочного відображення було створено технологічну карту внесення хімікатів на дослідному полі (фото 5) у ГІС MapInfo.
Згідно із технологічною картою, передбачається проходження с.-г. техніки відповідно до технологічних смуг (білі лінії зі стрілками). Їхня ширина має бути одного розміру із робочою шириною захвату причіпного обладнання, яке вноситиме хімікати (добрива). Зеленим кольором позначено полігони, де немає потреби у внесенні азотних добрив. Натомість вони потрібні у тих місцях, які визначені як прозорі полігони з окресленими червоною лінією межами. Полігони, позначені червоним кольором, визначають місця, де необхідне внесення гербіцидів, праворуч у меню показано географічні координати технологічної смуги, де потрібно внесення азотних добрив. Узгодження географічних координат для завантаження їх у електронну систему с.-г. техніки (для цього їх перетворюють в інший вигляд) має суто технічний момент.
Таким чином, маючи ці серії географічних координат та унаочнення у вигляді технологічної карти, можна оперативно приймати зважене управлінське рішення щодо своєчасного азотного підживлення та знищення бур’янів. Використання такого роду методологічного ланцюжка (безпілотник — обробка знімків — спектральна обробка — напрацювання технологічної карти — прийняття управлінського рішення) дає змогу своєчасно проводити моніторинг стану й розвитку сільгоспкультур у процесі їхнього вирощування та економити кошти.