Виявлення бур’янів за допомогою дронів

Коли сільськогосподарський інженер Аграрної дослідницької служби — науково-дослідницького підрозділу федерального міністерства сільського господарства США — Янбо Хуань чує гудіння у полі, він знає, що це не бджоли, які запилюють рослини, не працюючі комбайни або трактори, а дрони DJI Phantom  , які вони запускають разом з його техніком Райаном По.

Вони запускають дрони, офіційно відомі як безпілотні літальні апарати (БПЛА), на висоті від 9 до 18 м над соєвим полем поблизу їх лабораторії в Дослідницькому підрозділі з систем виробництва сільськогосподарських культур Аграрної дослідницької служби в штаті Міссісіпі, для того, щоб визначити стійкі до гліфосату бур’яни.

Хуань може точно сказати за допомогою лабораторних та польових досліджень, чи бур’ян  стійкий до гліфосату, чи ні, у 90% випадків. А гліфосат, як відомо, — діюча речовина препарату Раундап і найпоширеніший у США гербіцид. Ознаки стійкості до гліфосату у штаті Міссісіпі проявилися у 10 різних видів бур’янів. Деякі з бур’янів, такі як амарант Палмера в соєвих посівах чи стійкий до гліфосату італійський райграс на бавовні, стали серйозною проблемою для фермерів.

«Ці дві проблеми, мабуть, найбільші зараз, - говорить Хуань. - Фермерам потрібно знати, які з бур'янів у полі  стійкі до гліфосату, а які – ні, так вони зможуть застосовувати найменш дорогий та найменш токсичний гербіцид та уникати оприскування всіх бур'янів більш, ніж одним гербіцидом".

За словами Хуаня, є два варіанти вирішення проблеми: або хтось має пройти через поле і зібрати зразки з кожного бур’яна, що дорого та неефективно, або збирати дані за допомогою датчиків, розташованих на супутниках, літаках, на землі чи на БПЛА . Найкращий варіант —  безпілотник, особливо якщо вам потрібна точність і розумна ціна.

Супутники, як правило, створюють дані та зображення, що мають надто низьку роздільну здатність для того, щоб бути корисними у боротьбі бур'янами, особливо для полів площею 2–4 га, типових для дельти Міссісіпі. Крім того, хмари можуть перешкоджати перегляду конкретних полів, над якими саме проходить супутник. Дані аерофотозйомки, яка проводиться, як правило, з висоти 300 м і вище, не можуть відрізнити культуру від бур'янів, не кажучи вже про стійкі та нестійкі до гліфосату бур'яни. Наземні датчики можуть забезпечити необхідний рівень роздільної здатності, але вони повинні переміщатися з місця на місце в межах поля. Як вважає Хуань, це вимагає часу і може бути обмеженим умовами, що склалися в полі.

Дрони літають нижче хмар практично в будь-яку погоду. "У минулому році ми могли літати дроном і збирати дані тільки в сухі, сонячні, безвітряні дні. В цьому році наш дрон більший та має кращу камеру,тож, ми можемо літати навіть у дощову чи вітряну погоду», — сказав Хуань.

Нові камери, які Хуань встановив цього року, записують як вузькосмугові багатоспектральні, так і гіперспектральні зображення, що підвищило точність даних незалежно від тих умов, у яких вони збиралися.

Мультиспектральні зображення створюються датчиками, які вимірюють відбиту енергію. У цьому випадку енергія відбивається від кожної рослини в межах чотирьох смуг електромагнітного спектру (включаючи гама-промені, видиме світло і радіохвилі).

Гіперспектральні зображення, навпаки, складаються з даних, які вимірюються у 150 більш вузьких смугах, кожна з яких завширшки всього 5 нанометрів. Разом вони забезпечують неймовірну здатність бачити те, що людина не може побачити неозброєним оком.

Кількість типів датчиків, які можуть бути встановлені на дронах,  збільшується, і разом з тим зростають їхні  можливості. Вони навіть можуть бути запрограмовані для польотів за картою GPS вздовж рядів культур або меж полів.

Після того, як дані завантажуються та аналізуються за допомогою алгоритмів, розроблених Хуаньом, створюються реєстри стійких до гліфосатів бур'янів, які мають трохи інше забарвлення листя, ніж вразливі до гліфосатів.

Однією з перешкод для впровадження дронів  є вказівка Федеральної авіаційної адміністрації (FAA) від 2016 року, яка вимагає, щоб безпілотники залишалися в полі зору оператора чи візуального спостерігача. Це обмежує розмір полів, на яких можуть використовуватися дрони.

Зараз Хуань продовжує розвивати свою систему як інструмент дослідження, щоб краще зрозуміти еволюцію бур'янів, стійких до гліфосату. "Ми зрештою розробимо із цього інструмент, яким  зможуть користуватися фермери", — говорить Хуань.

Коли настане той час, Хуан вважає, що збирання даних або карта його результатів може бути синхронізована з дроном, що вносить гербіциди. Останній може бути автоматично спрямований на внесення хімікатів з чітко визначеною точністю. Гліфосат застосовуватиметься тільки до сприйнятливих бур'янів, інший гербіцид – тільки до бур'янів, стійких до гліфосату,а на культурні рослини не потраплять взагалі ніякі гербіциди.

"Точне використання гербіцидів принесе користь фермерові та навколишньому середовищу", — зазначає Хуан. У 2015 році FAA затвердила перший дрон, спроможний нести на собі баки з мінеральними добривами та пестицидами для обприскування сільськогосподарських культур. Модель RMAX Yamaha з максимальною вантажопідйомністю майже 100 кг, є однією з найбільших моделей цивільних безпілотних літальних апаратів, затверджених FAA.

Коли Міжнародна асоціація безпілотних транспортних систем (AUVSI) видала звіт про економічний вплив у 2014 році, ще до перших правил з регулювання польотів безпілотників, які Федеральна авіаційна адміністрація запровадила в 2016 р., вона прогнозувала, що сільське господарство буде найбільшим сектором, який використовуватиме дрони. Промисловість все ще змінюється на основі цих правил.

"Є дані, які вказують на те, що сільське господарство залишається одним з найпопулярніших комерційних цілей для дронів", - говорить президент і виконавчий директор AUVSI Брайан Вінн. Ця точка зору була віднесена до звіту глобального дослідження Merrill Lynch за 2015 рік, згідно з яким прогнозоване сільське господарство в майбутньому становитиме майже 80% ринку комерційних дронів, з потенціалом економічної активності у $82 млрд між 2015 та 2025 роками.

Переклала Маргарита Малиновська