بیش از صد سال پیش، در تابستان 1922، یک هواپیما با تجهیزاتی برای انجام کارهای شیمیایی هوایی با استفاده از روش سمپاشی علیه آفات و بیماری ها از فرودگاه پایتخت خودینکا به پرواز درآمد. پروازهای آزمایشی موفقیت آمیز آغاز توسعه هوانوردی کشاورزی بود.
امروزه استفاده از وسایل مختلف هوانوردی برای حفاظت از گیاهان از اهمیت اقتصادی بالایی برخوردار است، زیرا این فرصت را فراهم می کند:
- نظارت از راه دور در مقیاس بزرگ محصولات کشاورزی؛
- اقدامات حفاظتی در دورههای کوتاه کشاورزی و در مکانهای صعب العبور در برابر آفات خطرناک (ملخ، پروانه علفزار، جوندگان موشمانند، سوسکهای سیبزمینی کلرادو، لاکپشتهای مضر) و بیماریها (زنگ برگ، سوختگی دیررس، آلترناریا).
- درمان زمانی که خاک بسیار مرطوب است، زمانی که تجهیزات زمینی نمی توانند وارد مزرعه شوند، به ویژه هنگام مبارزه با علف های هرز.
- فرآوری محصولات بلند (ذرت، آفتابگردان) و محصولات بذر؛
- فرآوری شالیزارهای برنج؛
- خشک شدن؛
- فرآوری محصولات در شیب هایی با شیب بیش از 7 درجه، جایی که تجهیزات سمپاشی زمینی نمی توانند کار کنند.
در اتحاد جماهیر شوروی، اساس ناوگان هوانوردی کشاورزی AN-2 بود. در حال حاضر، توسعه هوانوردی کشاورزی به سمت گسترش قابل توجه استفاده از هواپیماهای فوق سبک (ULA) و وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) که بسیار ارزان تر از هواپیماهای سنگین هستند، در حال حرکت است. طبق مقررات هوانوردی فدرال و قوانین هوایی فدراسیون روسیه، هواپیمای فوق سبک هواپیمایی (هواپیما) است که دارای:
- حداکثر وزن برخاستن بیش از 495 کیلوگرم (به استثنای تجهیزات نجات هوانوردی)؛
- حداکثر سرعت استال مدرج (حداقل سرعت پرواز) حداکثر 65 کیلومتر در ساعت.
هواپیمای بدون سرنشین (UAV) شامل وسایل نقلیه ای است که پروازهای آنها توسط خلبانانی که در خارج از هواپیما قرار دارند (خلبانان از راه دور) کنترل می شود.
ویژگی های حالت صحیح استفاده از پهپاد با حداکثر وزن برخاست آن مشخص می شود:
- تا 250 گرم - مشمول ثبت نام یا حسابداری دولتی نیستند.
- از 250 گرم تا 30 کیلوگرم - مشروط به ثبت نام اجباری ایالتی.
- از 30 کیلوگرم و بیشتر - مشمول ثبت نام دولتی هستند.
مزایای مهم استفاده از پهپادها و SLA ها عبارتند از:
- عدم تلفات ناشی از آسیب به محصولات توسط چرخ یا نیاز به استفاده از خطوط تراموا (در مقایسه با تجهیزات زمینی).
- راندمان بالا با کاهش هزینه های عملیاتی (در مقایسه با هواپیماهای سنگین، زیرا این هواپیماها به فرودگاه های مجهز نیاز ندارند).
استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین به حل مشکلات زیر کمک می کند:
- به دست آوردن اطلاعات دقیق در مورد ایجاد یک مبنای نقشه برداری برای زمین های کشاورزی و قرار دادن اشیاء کشاورزی با مختصات دقیق آنها برای برنامه ریزی و نظارت بر فرآیندهای تکنولوژیکی تولید کشاورزی.
- انجام نظارت از راه دور بر اساس عکاسی چندطیفی از سطح زیرین زمین کشاورزی برای تعیین وضعیت و توسعه محصولات کشاورزی، پیشبینی عملکرد بر اساس محاسبه شاخص پوشش گیاهی بر اساس نتایج عکاسی طیفی و غیره.
- کنترل عملیاتی در زمان واقعی بر عملکرد تجهیزات زمینی و کیفیت کار کشاورزی؛
- نظارت بر بهداشت گیاهی ژئوکد شده زمین های کشاورزی برای تعیین سطح علف های هرز محصولات زراعی، وجود آفات و تظاهرات بیماری ها در مراحل اولیه توسعه، از جمله به شکل نهفته؛
استفاده از پهپادها برای عکسبرداری هوایی از زمین های کشاورزی در مقایسه با تصاویر ماهواره ای امکان گرفتن تصاویر با وضوح بالاتر (تا یک سانتی متر در هر نقطه) را فراهم می کند و از همه مهمتر انجام این کار را در حضور متراکم ممکن می سازد. ابرها (ضبط با استفاده از فضاپیما در چنین دوره هایی غیرممکن است).
اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد نظارت گیاهی محصولات زراعی صحبت کنیم. اخیراً، حجم استفاده از محصولات محافظت از گیاهان در روسیه به طور پیوسته در حال رشد بوده است: طبق آمار، هر پنج سال از سال 2010، آنها دو برابر شده و در سال 2020 به 221 هزار تن رسیده است. با افزایش حجم استفاده از محصولات حفاظتی گیاهی، مزارع باید از جمع آوری و پردازش سریع اطلاعات در مورد وضعیت بهداشت گیاهی مزارع کشاورزی اطمینان حاصل کنند. بدون این اطلاعات، حل مشکلات حمایت فناورانه برای استفاده منطقی و ایمن از محصولات گیاهی در یک بازه زمانی کوتاه کشاورزی غیرممکن است. روش های موجود بررسی مسیر زمینی میدان ها امکان دستیابی سریع و در حجم مورد نیاز اطلاعات لازم را نمی دهد. در این راستا، کار به طور فعال در خارج از کشور و در کشور ما در حال انجام است تا روشهای از راه دور با کارایی بالا برای جمعآوری اطلاعات برای برنامهریزی و انجام اقدامات حفاظت از گیاهان در حال انجام باشد. برای نظارت بهداشتی گیاهی از راه دور، پرکاربردترین وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین هستند که ویدئوهای ژئوکد شده، تصاویر چند طیفی و فراطیفی از سطح زیرین زمین ارائه میکنند.
لازم به ذکر است که مسائل مربوط به استفاده از روش های از راه دور برای جمع آوری اطلاعات در زمینه مبارزه با علف های هرز (تعیین مکان علف های هرز در مناطق مزرعه، ارزیابی تلفات محصول، نقشه برداری مناطق زیان آور) تا حدی برطرف شده است. در این زمینه، در چارچوب توافقنامه همکاری علمی و فنی، تحقیقاتی با مشارکت متخصصان VIZR، دانشگاه ابزار دقیق هوافضا (سن پترزبورگ)، آکادمی کشاورزی سامارا و Ptero LLC (مسکو) انجام شد. نتایج مثبتی با استفاده از پهپادها برای روشهای جمعآوری اطلاعات از راه دور براساس طیفسنجی برای ارزیابی علفهای هرز محصولات غلات و کاشت سیبزمینی برای بیش از 20 نوع علفهای هرز، از جمله موارد مضری مانند علفهای هرز Sosnovsky به دست آمده است. داده ها بر اساس تعیین و تجزیه و تحلیل ویژگی های طیفی بازتاب از گیاهان و علف های هرز کشت شده در محدوده طول موج 300-1100 نانومتر به دست آمد.
بنابراین، در طول مطالعات انجام شده برای شناسایی ویژگی های تعیین کننده بر اساس روشنایی طیفی انعکاس از گیاهان و علف های هرز، آموزنده ترین زیر دامنه های طیفی طول موج تابش الکترومغناطیسی برای استفاده از عکاسی چندطیفی از سطح زیرین زمین کشاورزی ایجاد شد. با استفاده از سیستم های سنجش از دور مدرن تجزیه و تحلیل تصاویر طیفی علفهای هرز و گیاهان زراعی نشان میدهد که ما تفاوتهای مشخصهای را در منحنیهای روشنایی طیفی بهدستآمده در زیرمجموعههای تابش الکترومغناطیسی آبی، سبز، قرمز و نزدیک به فروسرخ در زیر محدوده طولموج نزدیک به فروسرخ مشاهده میکنیم.
یک کار دشوارتر برای استفاده گسترده از روشهای سنجش از دور زمینهای کشاورزی، تعیین نشانههای اطلاعاتی بیماریهای گیاهی و بالاتر از همه، به شکل نهفته است. این به دلیل این واقعیت است که بسیاری از علائم اطلاعاتی بیماری ها از نظر روشنایی طیفی مشابه علائم آسیب شناسی غیر عفونی گیاهان مورد مطالعه است.
نتایج مثبتی در تعیین بیماری های سیب زمینی و آسیب به گیاهان سیب زمینی توسط سوسک سیب زمینی کلرادو با استفاده از طیف رادیومتری به دست آمد. با استفاده از این روش مشخص شد که زمانی که کاشت سیب زمینی تحت تأثیر بلایت دیررس قرار می گیرد (شکل 1)، در روز سوم پس از آلودگی، کاهش شدید روشنایی طیفی بازتاب را در مقایسه با گیاهان سالم مشاهده می کنیم و در روز هفتم روز پس از آلودگی، مقادیر روشنایی طیفی نشان می دهد که گیاهان تقریباً مرده اند. در این حالت، مقدار روشنایی طیفی در گیاهان آسیب دیده از سوختگی دیررس نزدیک به مقادیر روشنایی طیفی بازتاب از خاک است.
هنگامی که سیب زمینی ها توسط سوسک سیب زمینی کلرادو آسیب می بینند، در مقایسه با گیاهان بدون آسیب آفت، درخشندگی طیفی انعکاس را دو تا سه برابر کاهش می دهیم. شکل 2 داده هایی را در مورد روشنایی طیفی انعکاس گیاهان سیب زمینی با در نظر گرفتن درجات مختلف آسیب آنها نشان می دهد. داده های به دست آمده برای روش از راه دور شناسایی کانون های آسیب گیاه سیب زمینی توسط سوسک سیب زمینی کلرادو از اهمیت بالایی برخوردار است.
در حال حاضر، بر اساس مطالعات انجام شده برای تعیین ویژگی های اطلاعاتی بر اساس روشنایی طیفی انعکاس از گیاهان سیب زمینی سالم و بیمار، و همچنین گیاهان آسیب دیده توسط سوسک سیب زمینی کلرادو، آموزنده ترین زیر دامنه های طیفی طول موج تابش الکترومغناطیسی ایجاد شده است. استفاده از عکاسی چندطیفی از سطح زیرین زمین کشاورزی با استفاده از پهپاد و SLA.
هنگام تعیین بیماری ها، لازم است نتایج تحقیقات موسسه آگروفیزیکال را در نظر گرفت، که امکان تعیین ویژگی های طیفی بازتاب گیاهانی را که کمبود نیتروژن و رطوبت خاک را تجربه می کنند، ممکن ساخت.
نتایج بهدستآمده برای شناسایی ویژگیهای آموزنده مهم است که تشخیص واضح، هنگام رمزگشایی وضعیت بهداشت گیاهی زمینهای کشاورزی، گیاهان آسیبدیده از بیماریها و آنهایی که دارای آسیبشناسی ناشی از کمبود تغذیه معدنی یا رطوبت خاک هستند، مهم هستند.
تشکیل کتابخانههایی از تصاویر طیفی بیماریهای محصولات کشاورزی مختلف و همچنین تصاویر طیفی از این محصولات که کمبود مواد معدنی یا رطوبت خاک را تجربه میکنند، بر اساس نتایج حاصل از کسب اطلاعات از راه دور، تصمیمگیری آگاهانه و سریع را ممکن میسازد. برای تثبیت وضعیت بهداشت گیاهی در صورت وجود بیماری ها یا انجام مجموعه ای از اقدامات کشاورزی تکنیکی برای کاهش شرایط استرس بر محصولات ناشی از عوامل دیگر.
حوزه مهم بعدی استفاده از BVS استفاده از آنها برای اقدامات حفاظت از گیاهان است. برای اولین بار، پهپادها به شکل هلیکوپترهای کنترل از راه دور بدون سرنشین در ژاپن در اوایل دهه 90 برای درمان شالیزارهای برنج با آفت کش ها مورد استفاده قرار گرفتند. در حال حاضر، در چین که پیشرو در تولید پهپادهای کشاورزی است، منطقه فرآوری با استفاده از پهپادها از چندین میلیون هکتار فراتر رفته است. بازار پهپادها در سراسر جهان به صورت پویا در حال توسعه است، حجم استفاده از این هواپیماها سالانه 400-500٪ افزایش می یابد. به گفته کارشناسان، استفاده از فناوری پهپاد در کشاورزی در جهان به ارزش بازار ۵.۷ میلیارد دلار خواهد رسید.
در میان پهپادهای کشاورزی، شرکت چینی DJI بر بازار مسلط است و رایج ترین مدل آن DJI Agras T16 است.
با توجه به اینکه اکثر قطعات پهپاد این مدل از مواد کامپوزیتی ساخته شده است، وزن دستگاه از 18,5 کیلوگرم (بدون باتری) فراتر نمی رود. با تجهیزات حفاظت گیاه، هنگام پر کردن مخزن با مایع کار، وزن برخاست دستگاه به 41 کیلوگرم می رسد. ظرفیت مخزن سیال کار 16 لیتر است که بوم مجهز به هشت نازل باشد. مزیت این مدل پهپاد مجهز بودن به رادار است که خطر برخورد با موانع را به شدت کاهش می دهد و همچنین قابلیت عملیات در شب با استفاده از نورافکن را فراهم می کند. ارتفاع بهینه پرواز پهپاد بر فراز یک میدان 2,5-3 متر است و در صورت لزوم، دستگاه می تواند تا 30 متر (حداکثر ارتفاع پرواز افقی) بالا رود. این ارتفاع برای درمان کاشت های چند ساله، گیاهان باغ های گیاه شناسی و جنگل ها از آفات و بیماری ها ضروری است.
در فدراسیون روسیه، نتایج مثبتی در مورد استفاده از BVS برای مبارزه با جوندگان موش مانند به دست آمده است (تحقیق با مشارکت VIZR و شرکت Ginus انجام شد). آزمایشات میدانی نظارت از راه دور و کاربرد ژئوکد شده جونده کش ها در حفره های جوندگان موش مانند نشان داد که دقت فناوری جدید در مقایسه با کاربرد دستی 91 درصد در مقابل 97 درصد است.
تجربه عملی در استفاده از پهپادها برای نظارت از راه دور مناطق پراکنش علفهای هرز Sosnovsky و همچنین استفاده از فناوری پاشش علفکش علیه این گونه مضر انباشته شده است.
علیرغم نتایج مثبت و چشم انداز استفاده از پهپادها در کشاورزی، کاستی ها و همچنین مسائل حل نشده در زمینه قوانین و اسناد نظارتی در مورد استفاده مؤثر و ایمن از آنها برای نظارت از راه دور و حفظ نباتات وجود دارد که عبارتند از:
- هزینه بالای پهپاد با خطر گم شدن دستگاه در حین کار؛
- محدودیت های قانونی استفاده: در اکثر کشورهای جهان، پهپاد باید در حین انجام کار در محدوده دید اپراتور باشد (فاصله حداکثر 500 متر).
- نیاز به ثبت نام، ثبت دستگاه (در اکثر کشورها، اگر وزن آن بیش از 25 کیلوگرم باشد) و دریافت مجوز برای استفاده از پهپاد برای اهداف تجاری؛
- نیاز به تجهیزات گران قیمت اضافی و پرسنل واجد شرایط: برای عملکرد بدون وقفه و کارآمد پهپاد، داشتن حداقل سه باتری اضافی و یک ژنراتور برای شارژ آنها ضروری است. حداقل سه نفر درگیر سرویس دهی یک دستگاه هستند.
- وابستگی بیشتر به شرایط جوی در هوای بادی، کنترل دستگاه بسیار دشوار است، به خصوص با باد شدید جانبی.
- فقدان مقررات قانونی برای استفاده از محصولات حفاظت از گیاهان با استفاده از BVS مطابق با الزامات قانون فدرال شماره 109 "در مورد استفاده ایمن از آفت کش ها و مواد شیمیایی کشاورزی".
- فقدان اسناد نظارتی در مورد عملکرد ایمن پهپادها در کشاورزی؛
- عدم وجود استانداردهای خطر بیمه برای اشخاص حقوقی و اشخاص حقیقی هنگام استفاده از محصولات حفاظت از گیاه با استفاده از BVS.
- قیمت بالا و کمبود محصولات نرم افزاری برای حل مشکلات نظارت بهداشتی گیاهی از راه دور علف های هرز، آفات و بیماری ها با در نظر گرفتن آستانه های اقتصادی مضر و همچنین رمزگشایی خودکار نتایج آنها.
نیاز مبرمی به ایجاد مراکز منطقهای برای آموزش اپراتورها و آزمایشهای صنعتی مقررات فناوری برای استفاده از پهپاد برای نظارت و حفاظت از گیاهان وجود دارد.
به عنوان بخشی از برنامههای دیجیتالیسازی کشاورزی، سرعت بخشیدن به توسعه پایگاههای اطلاعاتی بزرگ نمونههای مرجع علفهای هرز در آسیبپذیرترین مرحله توسعه برای استفاده از علفکشها و نمونههای مرجع با نشانههای اطلاعاتی مشخص از آسیب آفات به محصولات عمده ضروری است. . به همان اندازه مهم است که با در نظر گرفتن تأثیر سطح تغذیه معدنی و پارامترهای اقلیمی کشاورزی، تشکیل کتابخانه های تصاویر طیفی گیاهان سالم و بیمار را تکمیل کنیم.
آناتولی لیسف، رئیس آزمایشگاه حفاظت یکپارچه گیاهان، موسسه بودجه ایالت فدرال VIZR، ایمیل: lysov4949@yandex.ru