Рояци дронове във фермата

Дроновете все по-често са помощник на съвременния земеделец. Но летящите машини скоро ще се променят значително. В стопанствата ще плъзнат цели рояци, работещи координирано и синхронизирано, а управлението им ще се случва автоматизирано, без ангажиране на пилоти. Като цяло разработчиците на дрон-технологии са единодушни, че крайната цел на съвременните проекти за селскостопански дронове е те да могат да излизат и работят в полеви условия съвсем самостоятелно - да сменят батериите си, да се презареждат, да сканират полята и да помагат на фермера за вземането на решения в реално време, изисквайки минимална намеса и без нужда от технически познания. За това каква е визията и възможностите, които предлагат тези технологии разказваме в този брой на списание АгроБио Техника.

Текст: списание АгроБио Техника

За да се увеличат добивите от съществуващата земеделска земя, за да се изхрани нарастващото население на планетата без голямо увеличаване на използването на ресурси, днес се появяват нови методи за прецизно земеделие. Те разчитат в голяма степен на детайлното наблюдение на активите (култури, добитък и т.н.), което е възможно с безпилотни летателни системи (дронове), комбинирани в групи – рояци от дронове (РД).

Системите за безпилотни летателни апарати са сред най-динамично променящите се технологии в земеделието. Единичният дрон, използван за обследване на фермата или за пръскане с препарати, управляван от специалист – наземен пилот, вече изглежда старомодно. Бъдещето, което тропа на вратата, се състои от рояци от десетки дронове, които действат едновременно, координирано, при това без човешка намеса. 

Подходът пести в пъти повече време и ресурси. Рояк от 20 или 30 безпилотни летателни апарати (БЛА) може да облети и обследва земеделска територия от десетки и стотици декари само за ден или дори за няколко часа, докато с единичен дрон това би отнело няколко дена. А в селското стопанство пестенето на време е решаващо – забавянето на някои дейности като например третирането против вредители може да е пагубно. Липсата на нужда от наземен оператор е ключов акцент в тази технологична промяна. Това „развръзва“ ръцете на земеделеца, спестява му разхода за наемане на дрон - пилот и най-вече - дава му независимост. 

Разбира се, за подобно голямо удобство засега се говори предимно в бъдеще време. За да се стане реалност, първо трябва да се преодолеят някои технологични предизвикателства като например въпроса за лесното боравене с управлението на рояците, интегрирането им със съществуващите технологии в стопанството, справянето с все още краткия живот на батериите на летателните машини и, разбира се, високата първоначална цена. Но нека започнем от възможностите, които рояците носят. 

Мониторинг на здравето на растенията 

Едно от приложенията на рояците дронове е оглеждането на обширни територии – следене на здравето на растенията, наблюдение на движението на стадата. В земеделието дроновете, оборудвани с техника за събиране на образни данни, използват цветова „легенда“, за да визуализират здравето на растенията. Това позволява на фермерите да наблюдават културите, докато растат, така че всички проблеми да могат да бъдат забелязани и решени достатъчно бързо, за да се спасят насажденията.  Някои от задълбочените изследвания в областта сочат, че дроновете с фиксирано крило са по-подходящи за тази цел от „мултикоптерите“. Машините с фиксирано крило летят по-бързо и по-икономично. 

Използването на рояци дронове за мониторинг може да се прилага не само в голямата ферма. Технологията може да се използва и от малките ферми – групово. Когато малките стопанства са разположени близко едно до друго, фермерите могат да се обединят, за да възложат на специализиран доставчик да облети и картира състоянието на полята им. Това прави възможно дори малките ферми да прилагат методите на прецизното земеделие.

Мониторинг на полевите условия 

Мониторингът чрез рояци дронове може да се използва и за следене на здравето на почвата, растителното покритие и условията на полето. Дроновете могат да осигурят точно картографиране на земите, включително информация за надморската височина, което позволява на производителите да забелязват навреме всякакви нередности в полето. Наличието на данни за надморската височина е полезно в случаите на мокри/сухи петна, което пък става основа за по-ефективни мерки за поливане. Някои доставчици на селскостопански дронове и услуги предлагат и мониторинг на нивото на азот в почвата с помощта на специализирани сензори. Данните позволява прецизно дозиране на торове. Елиминират се „лошите“ места за растеж и се подобрява здравето на почвата за години напред. 

Засяване 

Едно от по-новите и по-малко разпространени приложения на рояците дронове в селското стопанство е засаждането на семената. Когато почвата е обработена и рохка, засяването чрез рояк дронове е бърз и икономичен метод – машините прелитат над земята и спускат или изстрелват семената в почвата. Предимството на този подход започва с бързината, която е по-голяма в сравнение с другите методи за засяване. Освен това труднодостъпните зони вече не са предизвикателство. Още една полза е лесното и бързо достигане до зоните за презасяване. 

Пръскане и торене

Използването на дронове за пръскане вече е широко разпространено в Югоизточна Азия. Южна Корея например използва безпилотни летателни апарати за приблизително 30% от третирането в селското стопанство. Пръскането чрез дронове е голямо облекчение за фермера. Летящите машинки могат да навигират в много труднодостъпни райони, като например полета на големи височини. Дроновете могат да летят и третират насажденията дори тогава, когато почвата е мокра и в полето не могат да влязат нито хора с пръскачки, нито машини. 

Координираната работа на рояка дронове означава, че огромна площ може да бъде третирана за кратко време, независимо от предизвикателствата на терена. В случая е важно да се използват дронове не с фиксирано крило, а машини с 4, 6 или 8 ротора с вертикална ос. Те могат да носят значителен полезен товар, какъвто е резервоарът с препарат. По подобен начин рояците дронове могат групово да облетят полето, за да разпръснат смес за подхранване на почвата, а по-късно, когато насажденията растат, и препарат за листно подхранване. Важно е да се знае, обаче, че в някои държави като Канада използването на дронове за химическо третиране се разглежда като незаконно. 

Сигурност и грижа

Приложението на дроновете в сигурността е отдавна добре познато. Използването на летящите машини за наблюдение на далечните части на фермата, без да се налага човек да ходи дотам, спестява ценно време и позволява по-често и всеобхватно наблюдение на труднодостъпни зони. Камерите на дронове могат да осигурят преглед на всичко, случващо се във фермата, през целия ден. Те могат да локализират използваното оборудване при нужда. 

Безпилотни летателни апарати за сигурност могат да бъдат използвани за наблюдение на огради и периметри при отглеждането на деликатни и скъпи култури. Това не изключва наемането на охранителен персонал, но прави по-ефективна и всеобхватна работата на пазачите. 

Рояци дронове с камери могат да се използват и за грижа за селскостопанските животни. Например, чрез камерите си безпилотните летателни апарати могат да локализират „изчезнали“ или ранени стадни животни в далечни зони за паша. Така фермерът ще узнае къде точно трябва да отиде, за да намери изгубеното/раненото животно, което иначе би му коствало часове търсене. 

Опрашване 

Някои от новите приложения на дроновете в селското стопанство все още се тестват и разработват. Едно от най-известните е технологията за опрашване. Изследователи от Европа и Азия разработват малки коптери, способни да опрашват растенията, без да ги увреждат. Следващата стъпка е машините да станат напълно автономни и да работят в групи, така че да не изискват постоянни инструкции от операторите. 

Напояване 

Нови изследвания от Австралия разкриват и възможности за използване на дронове за напояване. Тъй като изменението на климата все повече засяга сушата, създаването на по-прецизни решения за напояване е жизненоважно. Използвайки микровълнови сензори, дроновете са в състояние да уловят и картографират много точна информация за влажността на почвата, без растенията да пречат на това наблюдение. След това водата може да бъде разпределена в полето по най-ефективния начин. 

Ами сателитните данни? 

Факт е, че сателитите предоставят данни за дистанционно наблюдение на земеделските терени. Тези данни са значително по-достъпни в днешно време, но имат ниска пространствена разделителна способност. Освен това не могат да бъдат събрани по време на значително облачно покритие. 

Тъй като дроновете летят ниско, близо до полетата, облачната покривка и лошите светлинни условия имат по-малко значение, отколкото при използване на сателитни изображения. Сателитните данни предлагат точност до метър, но изображението от дрон е в състояние да възпроизведе точно местоположение до милиметър. Следователно след засаждането площите с празнини в насажденията могат да бъдат забелязани и презасадени, ако е необходимо, а проблемите с болести или вредители могат да бъдат открити и третирани веднага. 

Дронове и изкуствен интелект

Повечето технологии за рояци дронове включват и машинно самообучение. Подобряването на изкуствения интелект (AI) в летящите машини е важно, за да може да работят все по-ефективно. Настоящите технологии за селскостопански дронове са най-ефективни при обработка на добре познати култури като царевица, които се засаждат в големи монокултурни полета. Необходима е повече работа за обучаването на системите за изкуствен интелект да разпознават по-рядко срещани култури и по-разнообразни модели на засаждане.

Предизвикателство с интеграцията

Повечето машини, закупени за фермата, обичайно имат множество приложения. Функционалностите на селскостопанските безпилотни летателни апарати също могат да са многобройни, така че да се се извлекат възможно най-много ползи, дори ако основното приложение ще бъде дистанционно наблюдение и свързаното с него събиране на данни. Дроновете може да са ценен мобилен помощник на другите машини и електроника във фермата. 

Решение, при което БЛС се интегрира с други сензори и средства в цялостната система за управление на фермата, би позволило анализ на данни, осигуряващ на фермера подкрепа за вземане на решения. Това може да касае всичко – от управлението на поливането, торенето, гъстотата на популацията на растенията и пестицидите, проследяването на животните. Така например образни данни от дроновете, че в няколко участъка от насажденията има нападение от вредител, могат да подтикнат системата за управление на фермата да предложи на стопанина да изпрати автономните си пръскачки в засегнатите участъци, използвайки картите, съзставени от дроновете. В анализа на данни биха могли да се включат и данните, събрани през минали сезони, за постигане на оптимален ефект. 

Предизвикателствата, свързани с разнородните системи, произвеждащи големи количества „несвързани“ данни, които фермерът трябва да анализира и да направи заключения, са известни от доста време. Различни съвременни проучвания сочат, че фермерите са изправени пред проблеми, свързани с „претоварване с данни/информация“ и „липса на удобни за потребителя софтуерни инструменти“. 

Интегрирането на данните от дроновете с фермерските технологични системи е едно от предизвикателствата, които индустрията се старае да реши. Няколко големи европейски проекта вече търсят как да се случи това. Идеята е, общо взето, да се създаде „посреднически“ слой между системата за управление на рояците дронове и онази, която фермерът използва в ежедневието си. Такъв „мидълуер“ може да помогне на различните технологии да да „си говорят“. Функциите им могат да бъдат групирани в три категории: 1. командване и контрол на мисиите, 2. визуализация и анализ на данните и 3. подкрепа за вземане на решения. 

Крайната цел е фермерът да може да дефинира, планира, изпълнява и контролира мисии, включващи РД, без да е „на ти“ с технологиите. Фермерът трябва да може и да прави променив хода на мисията, ако параметрите се променят и е необходим нов план за действие.  Посредническият интерфейс следва да визуализира информацията, събрана от различни сензори, под формата на маркери на карта. Когато са налице и исторически данни, те трябва да може да се обединят, за да бъдат анализирани в цялост. 

Батериите – тясно място 

Друго предизвикателство, което индустрията се старае да реши, касае ограниченията заради батериите. От тях зависят и възможностите за носене на полезен товар от безпилотните летателни апарати, и времето във въздуха. Въпреки напредъка в технологията на батериите, времето за летене все още е ограничено. Един дрон може да лети 25-30 минути с малък товар. При по-голяма тежест времето се скъсява. Налага се честа смяна/презареждане на батерията. 

В резултат на опитите за излизане от ситуацията е разработена концепция за автономни и мобилни зарядни станции. Това може да помогне на селскостопанските рояци дронове да покриват големи площи почти без прекъсване в работата.  В този случай отново интеграцията ще има решаваща роля, тъй като мобилната станция за зареждане може да бъде позиционирана върху друг вид селскостопанска техника и тя трябва да се направлява, за да може да е на най-подходящото място във всеки етап от работата на рояците дронове. 

Станцията за зареждане всъщност би могла да има двойна роля: освен да презареди батерията на дрона, тя може да е и мястото, където машината се разтоварва от големия обем данни, събрани при полет. Това означава, че наред със зареждането ще се случва и процес на прехвърляне на записите. С цел щадене на батериите често се говори и за модулна структура на безпилотните летателни апарати. Модуларността може да позволи лесна замяна на различни части или товари, така че един и същ дрон да може да тръгне скоро ново витло и да се използва многофункционално – и за торене, и за пръскане с препарати за растителна защита, и за поливане.