今から 1922 年以上前の XNUMX 年の夏、害虫や病気に対する散布法を使用して空中化学作業を行うための設備を搭載した飛行機が首都ホディンカ飛行場から離陸しました。 試験飛行の成功は農業用航空の開発の始まりとなりました。
今日、植物保護のためのさまざまな航空手段の使用は、次のような機会を提供するため、経済的に非常に重要です。
— 農作物の大規模な遠隔監視。
― 短い農業期間および手の届きにくい場所で、特に危険な害虫(イナゴ、草原の蛾、ネズミのような齧歯動物、コロラドハムシ、有害なカメ)および病気(葉さび病、疫病、交互病)に対する保護措置。
- 土壌が高度に湿っている場合、地上設備が圃場に入ることができない場合、特に雑草と戦う場合の処理。
— 背の高い作物(トウモロコシ、ヒマワリ)および種子作物の加工。
— 水田の加工;
- 乾燥;
— 地面噴霧装置が作動できない、7 度を超える傾斜地での作物の処理。
ソビエト連邦では、農業航空艦隊の基礎は AN-2 でした。 現在、農業用航空の開発は、大型航空機よりもはるかに安価な超軽量航空機(ULA)と無人航空機(UAV)の使用の大幅な拡大に向けて進んでいます。 連邦航空規則およびロシア連邦の航空法によれば、超軽量航空機とは以下を備えた航空機 (航空機) です。
— 最大離陸重量は 495 kg 以下(航空救助用装備を除く)。
— 最大校正失速速度(最低飛行速度)は 65 km/h 以下。
無人航空機 (UAV) には、航空機の外部にいるパイロット (リモート パイロット) によって飛行が制御される車両が含まれます。
UAV の適切な使用モードの特徴は、最大離陸重量によって決まります。
- 250 g まで - 州の登録または会計の対象外。
- 250 g ~ 30 kg - 必須の州登録の対象となります。
- 30 kg 以上 - は州の登録の対象となります。
UAV と SLA を使用する重要な利点は次のとおりです。
— 車輪による作物へのダメージや路面電車の使用による損失がありません(地上設備と比較して)。
— 運用コストの削減による高効率(これらの航空機は設備の整った飛行場を必要としないため、大型航空機と比較して)。
無人航空機の使用は、次の問題の解決に役立ちます。
- 農業生産の技術的プロセスを計画および監視するために、農地の地図作成の基礎と農産物の正確な座標を含む配置に関する詳細情報を取得する。
— 農地の地表のマルチスペクトル写真に基づいた遠隔監視を実施し、作物の生育状態や生育状況を把握したり、スペクトル写真の結果に基づいて植生指数を計算して収量を予測したりする。
- 地上設備の動作と農作業の品質をリアルタイムで管理する。
— 作物の雑草のレベル、害虫の存在、潜在的な形態を含む開発の初期段階での病気の発現を判断するための農地の地理コード化された植物検疫モニタリング。
農地の航空写真に UAV を使用すると、衛星画像と比較して、より高い解像度 (XNUMX 点あたり最大 XNUMX センチメートル) の画像を取得できるようになり、最も重要なこととして、密集した土壌の存在下でもこの作業を実行できるようになります。 (このような時間帯の宇宙船による記録は不可能です)。
作物の植物検疫モニタリングについてさらに詳しく見てみましょう。 最近、ロシアにおける植物保護製品の使用量は着実に増加しており、統計によると、2010年以来2020年ごとに221倍となり、XNUMX年にはXNUMX万XNUMX千トンに達した。 植物保護製品の使用量が増加するにつれ、農場は農地の植物検疫状態に関する情報を迅速に収集し、処理する必要があります。 この情報がなければ、短い農業期間内で植物保護製品を合理的かつ安全に使用するための技術サポートの問題を解決することは不可能です。 圃場を地上でルート調査する既存の方法では、必要な情報を必要な量だけ迅速に得ることができません。 これに関連して、植物保護対策を計画し実施するための情報を収集するための高性能の遠隔方法を開発する作業が海外および我が国で積極的に進められています。 運用中の遠隔植物検疫監視のために、最も広く使用されているのは、ジオコード化されたビデオ、地表のマルチスペクトルおよびハイパースペクトル画像を提供する無人航空機です。
雑草防除の分野で情報を収集するための遠隔方法の使用に関する問題(圃場エリアの雑草の位置の特定、作物の損失の評価、有害地帯のマッピング)はすでに部分的に解決されていることに注意する必要があります。 この分野では、科学的および技術的協力に関する協定の枠組みの中で、VIZR、航空宇宙計装大学(サンクトペテルブルク)、サマラ農業アカデミー、およびプテロLLC(モスクワ)の専門家の参加を得て研究が実施されました。 ソスノフスキーブタクサなどの有害な雑草を含む 20 種類以上の雑草について、穀物作物やジャガイモ栽培の雑草性を評価するための分光測定に基づく情報収集の遠隔方法に UAV を使用することで、肯定的な結果が得られています。 データは、300 ~ 1100 nm の波長範囲における栽培植物および雑草からの反射のスペクトル特性の測定と分析に基づいて得られました。
したがって、作物や雑草からの反射のスペクトル輝度に基づいて特徴的な特徴を特定するために行われた研究の過程で、農地の下層表面のマルチスペクトル写真の使用のために、電磁放射の波長の最も有益なスペクトル部分範囲が確立されました。最新のリモートセンシングシステムを使用しています。 雑草や栽培植物のスペクトル画像を分析すると、青、緑、赤、および近赤外の波長サブレンジの近赤外電磁放射のサブレンジで得られたスペクトル輝度曲線に特徴的な違いが観察されることがわかります。
農地のリモートセンシング方法を広く使用するためのより困難な課題は、植物の病気の有益な兆候、そして何よりも潜在的な形での兆候を特定することです。 これは、病気の有益な兆候の多くが、研究対象の植物の非感染性病理の兆候とスペクトルの明るさが類似しているという事実によるものです。
分光放射測定法を使用して、コロラドハムシによるジャガイモの病気とジャガイモ植物への被害を判定する際に肯定的な結果が得られました。 この方法を使用すると、ジャガイモの作付けが疫病の影響を受けると(図1)、感染後XNUMX日目に、健康な植物と比較して反射のスペクトル輝度の急激な減少が観察され、XNUMX日目には反射のスペクトル輝度が急激に減少することがわかりました。感染の翌日、スペクトル輝度値は植物がほぼ枯れていることを示しています。 この場合、疫病の影響を受けた植物のスペクトル輝度の値は、土壌からの反射のスペクトル輝度の値に近似します。
ジャガイモがコロラドハムシの被害を受けると、害虫の被害を受けていない植物と比較して、反射のスペクトル輝度が 2 ~ XNUMX 倍低下することも観察されます。 図 XNUMX は、さまざまな程度の損傷を考慮した、ジャガイモ植物の反射のスペクトル輝度に関するデータを示しています。 得られたデータは、コロラドハムシによるジャガイモ植物の被害の病巣を特定する遠隔方法にとって非常に重要です。
現在、健康なジャガイモ植物と病気のジャガイモ植物、およびコロラドハムシの被害を受けたジャガイモ植物からの反射のスペクトル輝度に基づいて有益な特徴を決定するために行われた研究に基づいて、電磁放射の波長の最も有益なスペクトル部分範囲が確立されています。 UAV と SLA を使用した農地の下層表面のマルチスペクトル写真の使用。
病気を判断するときは、窒素と土壌水分の欠乏を経験している植物の反射のスペクトル特性を決定することを可能にした農業物理研究所の研究結果を考慮する必要があります。
得られた結果は、農地の植物検疫状態を解読する際に、病気に罹患した植物と、ミネラル栄養や土壌水分の欠乏によって引き起こされる病状を有する植物とを明確に区別することを可能にする有益な特徴を特定するために重要である。
さまざまな農作物の病気のスペクトル画像、およびミネラル栄養や土壌水分の欠乏に見舞われた農作物のスペクトル画像のライブラリーを形成することにより、遠隔情報取得の結果に基づいて、情報に基づいた迅速な意思決定が可能になります。病気の存在下で植物検疫状況を安定させること、または他の要因によって引き起こされる作物へのストレス状況を軽減するために一連の農業技術的措置を実行すること。
BVS の使用で次に重要な領域は、植物保護対策への使用です。 無人リモコンヘリコプターの形をした UAV は、90 年代初頭に初めて日本で水田の農薬を処理するために使用され始めました。 現在、農業用ドローン生産の先進国である中国では、UAVを活用した加工面積はすでに数百万ヘクタールを超えている。 UAV 市場は世界中でダイナミックに発展しており、これらの航空機の使用量は毎年 400 ~ 500% 増加しています。 専門家によると、世界中の農業におけるUAV技術の利用は、市場価値5,7億ドルに達するとのことです。
農業用ドローンは中国のDJI社が市場を独占しており、最も一般的なモデルはDJI Agras T16です。
このモデルの UAV の部品のほとんどが複合材料で作られているという事実により、デバイスの重量は 18,5 kg (バッテリーなし) を超えません。 植物保護装置を使用すると、タンクに作動油を充填すると、機械の取り出し重量は 41 kg に達します。 ブームに 16 個のノズルが装備されている場合、作動液リザーバーの容量は 2,5 リットルです。 このドローンモデルの利点は、レーダーが装備されているため、障害物との衝突のリスクが大幅に軽減され、スポットライトを使用して夜間でも操作できることです。 フィールド上でのドローンの最適飛行高度は 3 ~ 30 メートルで、必要に応じてデバイスは XNUMX メートル (最大水平飛行高度) まで上昇できます。 この高さは、多年生の植栽、植物園や森林の植物を害虫や病気から治療するために必要です。
ロシア連邦では、マウスのようなげっ歯類と戦うための BVS の使用に関して肯定的な結果が得られています (研究は VIZR と Ginus 社の参加で実施されました)。 遠隔監視と、マウスのような齧歯動物の巣穴への殺鼠剤の地理コード化された適用のフィールドテストでは、手動適用と比較した新技術の精度が 91% 対 97% であることが示されました。
ソスノフスキー・ブタクサの分布地域を遠隔監視するための UAV の使用や、この有害な種に対する除草剤散布技術の使用において実践的な経験が蓄積されています。
農業における UAV の使用には前向きな結果と見通しがあるにもかかわらず、遠隔監視や植物保護のための UAV の効果的かつ安全な使用に関する法律や規制文書の分野には、次のような欠点や未解決の問題があります。
- UAV のコストが高く、作業中にデバイスを紛失するリスクがある。
- 使用に関する法的制限: 世界のほとんどの国では、UAV は作業中にオペレーターの視界内になければなりません (距離は 500 メートル以内)。
- 商業目的でUAVを使用するための登録、デバイスの登録(ほとんどの国では、重量が25kgを超える場合)、ライセンスの取得の必要性。
- 追加の高価な機器と資格のある要員の必要性: UAV を中断なく効率的に操作するには、少なくとも XNUMX つの追加のバッテリーと、それらを充電するための発電機が必要です。 XNUMX 台のマシンの保守には少なくとも XNUMX 人が関与します。
- 気象条件への依存度が大きくなる。 風の強い天候では、特に横風の強い場合、デバイスの制御が非常に困難になります。
- 連邦法第 109 号「殺虫剤および農薬の安全な取り扱いについて」の要件に従って、BVS を使用した植物保護製品の使用に関する法的規制が存在しない。
- 農業におけるUAVの安全な操作に関する規制文書の欠如。
- BVSを使用した植物保護製品を使用する場合の法人および個人に対する保険リスク基準の欠如。
- 有害性の経済的閾値を考慮した雑草、害虫、病気の遠隔植物検疫モニタリングの問題を解決するためのソフトウェア製品の価格の高さと、その結果の自動解読が不足していること。
オペレーターの訓練や、監視や植物保護のための UAV の使用に関する技術規制の産業試験を行うための地域センターを早急に設立する必要があります。
農業のデジタル化プログラムの一環として、除草剤の使用のために開発の最も脆弱な段階にある雑草の参照サンプルと、主要作物に対する害虫被害の特徴的な有益な兆候を示す参照サンプルの大規模データベースの開発を加速する必要がある。 。 ミネラル栄養レベルと農業気候パラメーターの影響を考慮して、健康な植物と病気の植物のスペクトル画像のライブラリーの作成を完了することも同様に重要です。
アナトリー・リソフ、連邦国家予算機関VIZR、統合植物保護研究所所長、電子メール: lysov4949@yandex.ru