Содержание
Из этой статьи вы узнаете о современных трендах в мониторинге состояния земель сельскохозяйственного назначения. Этот контроль нужен для того, чтобы обеспечить здоровый рост культур и качественный урожай.
Для начала о целях систем контроля
С помощью контроля за сельскохозяйственными угодьями мы получаем своевременную информацию об их важнейших характеристиках: влажность почвы, фактах заражения растений болезнями, атаках вредителей, степени зрелости, фазах роста растений и т.д.). Например, знание уровня влажности помогает нам оптимизировать полив и обеспечить растениями необходимое количество влаги. Это необходимо для предотвращения пересыхания или начала процессов гниения, которые могут повредить урожай.
Не менее важно организовать систему контроля для того, чтобы вовремя применять агротехнологии. Так мы начинаем получать более стабильные результаты в хозяйстве и добиваемся снижения потерь. Вовремя заметив заболевание и обнаружив вредителя, мы купируем проблему и не позволяем ей распространиться на большую территорию.
Современные системы агромониторинга: сбор данных с помощью спутниковых снимков
Этот подход позволяет фермерам и агрономам более точно мониторить и управлять своими полями, прогнозировать урожай и принимать более обоснованные решения. С помощью подписки на изображениям со спутников, мы можем наблюдать за состоянием протяженных открытых площадей от 1000 гектар и следить за выращиванием пшеницы, риса, садовых культур и т.д. Снимки делаются в различных спектральных диапазонах, что позволяет анализировать состояние растений и почвы. Можно строить карты, отображающие различные параметры урожая на полях.
Здесь применяются методы анализа изображений. Съемки осуществляются с помощью мульти - и гиперспектральных камер. Последние дают доступ к более объемной информации. Захватывается широкий радиочастотный спектр, включая видимый, ультрафиолетовый, инфракрасный.
Эти изображения важны для выявления особых характерных признаков, позволяющих точнее прогнозировать негативные события и вовремя принимать меры.
Плюсы и минуса сбора данных с помощью спутниковых снимков
Преимущество метода — возможность относительно быстрой и недорогой оценки состояния поля по заданным критериям (в зависимости от выращиваемой культуры): сюда входят такие характеристики почвы, как влажность и температура, NDVI индекс (вегетационный индекс для оценки плотности растительности), степень созревания и т.д.
Это важная информация, на основе которой мы принимаем и внедряем сельскохозяйственные решения на больших полях. Для того, чтобы получить доступ к этим данным о состоянии угодий, нам не приходится облетать или объезжать протяженные территории.
Тем не менее, минусы получения изображений при помощи спутников тоже имеются. Прежде всего, съемки изображений со спутников крайне чувствительны к погоде. Малейшая облачность и дымка от пожаров ухудшает качество.
Другим существенным минусом метода является относительно низкая частота полетов. Спутник пролетает над одной территорией не каждый день и даже не каждые два-три дня, в то время как зачастую требуется ежедневный учет состояния поля, особенно в период созревания и вегетации. Более точные данные, получаемые на ежедневной основе, позволяют экономично использовать обработку химикатами и удобрениями.
Но, если нам требуется собрать не подверженную частым изменениям информацию на больших площадях, то обращение к спутниковым изображениям — метод вполне действенный.
Для более частого сбора информации оптимален следующий способ контроля над посевами, который представлен дронами.
Преимущества и недостатки использования дронов в сельском хозяйстве
Дроны позволяют сделать облет полей почти в любую погоду. Для обзора и съемки изображений используются не только мультикоптеры, но и дроны самолетного типа, более экономичные. Последние чуть сложнее в управлении, но с их помощью фермеры получают доступ к большему объему данных. За счет низкой высоты полета дроны дают более детальное изображение в нескольких частях спектра.
Стандартная высота съемки находится на уровне 100 метров, хотя крупномасштабная съемка может вестись на высоте до 1000 метров. Высота полета задается задачами аэрофотосъемки. Если вам необходимо подробно осмотреть проблемный участок поля, то реально установить высоту ниже 100 метров, вплоть до 10 метров.
Устойчивость к погоде превращает дрон в полезного помощника по хозяйству, но, как и любой метод мониторинга и сбора данных, он также имеет ряд недостатков. Так, полезная нагрузка, которую он может нести, — весьма небольшая и составляет до нескольких десятков килограмм. Не будем забывать про существенный вес камер высокого разрешения (например, мультиспектральных), необходимых для более полноценного обзора. Такая нагрузка резко ограничивает время автономного полета и в целом повышает стоимость съемки.
В этой части мы рассказали о дистанционных бесконтактных способах контроля, а дальше мы сделаем краткий обзор особенностей съемки с земли.
Съемка изображений на полях с помощью передвижных платформ
Другим трендом современного сельского хозяйства является использование передвижной платформы (например, трактора, автомобиля, беспилотной платформы), на которой устанавливается оборудование для фото- и видеосъемки, а также осуществляются замеры на уровне земли.
Этот способ получения изображений дает еще более подробную картину, чем съемки с помощью дрона.
Изображения, сделанные на передвижной платформе, предоставляют фермеру возможность осмотреть растение под разными углами. Американские фермеры часто пользуются съемкой плодово-ягодных деревьев с трактора для оценки урожая. Это позволяет им узнать, сколько плодов готово к сбору на конкретном дереве, проанализировать цветность и индекс зрелости.
Таким образом создается подробный сельскохозяйственный прогноз, что позволяет точнее планировать производственные мощности.
Между тем, сбор данных при помощи трактора является скорее дежурным методом, нежели универсальным. Ценность сельскохозяйственной информации заключается в том, что нам она нужна в определенном объеме и к определенному времени. Тракторы не дают возможности за один раз оценить состояние протяженного поля, поскольку времени для съемки требуется много. Практически нереально объехать территорию от 1000 га в один день. Иногда данные последнего часа критичны для того, чтобы принять своевременное решение относительно нашего урожая.
Плюсы и минусы применения датчиков в мониторинге сельского хозяйства
Датчики эффективны, когда мы хотим составить подробное представление о каком-то участке. Например, если нас интересует влажность почвы на разных глубинах и оценка состава микроэлементов (как правило, фосфора, азота и калия). Эти данные позволяют наиболее полно реализовать идею точечного земледелия. Мы понимаем, на каком участке нужно довнести удобрения, чтобы культура более эффективно росла, а где требуется “лечение”, чтобы оно не болело.
Это прекрасная альтернатива выезду агронома на место, которому приходится тратить время, чтобы добраться до места назначения, взять пробы почвы и отнести их в лабораторию.
Покрытие датчиками больших полей затруднительно. Возникает проблема с отправкой сигнала на расстояния 10 до 50 км, что, разумеется, возможно с помощью протоколов типа LoRaWAN, но препятствия в виде рельефа или отсутствия в прямой видимости базовой станции помешают нормальной передаче данных.
Еще одним слабым местом датчиков является их сохранность на обрабатываемой земле: комбайны и тракторы часто их ломают.
Также недостатком данного метода является невозможность сплошного покрытия датчиками крупных территорий.
Как правило, стационарные наземные сенсоры служат ценным источником точных локальных данных в сочетании с другими методами анализа почвы и растений.
Методы контроля за безопасностью сельскохозяйственной продукции
Если рассматривать сельскохозяйственное производство в целом, то нельзя не затронуть вопрос сохранности продукции. Роль систем дистанционного контроля в этом направлении тоже велика.
Чтобы защитить продукты от хищения (например, на кукурузном поле), используется система контроля периметра с видеонаблюдением, датчиками движения и компактными радиолокаторами. Они определяют, если в охраняемой зоне появился объект, потенциально представляющий опасность.
Другими словами, дистанционный контроль предотвращает нежелательное вторжение. Иногда требуются заборы с ограждением, чтобы забредшие коровы не поломали виноградную лозу.
Вывод
Ценность систем контроля за сельскохозяйственными угодьями бесспорна. Сбор данных с помощью спутниковых снимков, дронов и стационарных сенсоров для оценки состояния урожая помогает агроному повысить эффективность и устойчивость производства за счет следующих факторов:
- Возможности видеть проблемы растений в реальном режиме.
- Возможности прогнозирования урожая и, как следствия, уменьшения издержек.
Выявление зон с потребностью в определенных ресурсах (например, воды и удобрений) — прямой путь к экономии издержек. Точечное земледелие позволяет применять ресурсы там, где это необходимо в первую очередь.