"Беспилотники" в сельском хозяйстве

Актуальность проблемы контроля за сельскохозяйственными посадками в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. Площади посевных полей требуют постоянного контроля. Но зачастую с плоскости невозможно оценить весь масштаб ситуации на полях. Поэтому для ускорения этого процесса необходимо использовать аэрофотосъемку. В сельхозпроизводстве для этого традиционно используются малая авиация (в России — самолеты типа АН-2), что достаточно дорого и зачастую не по карману малым сельхозпредприятиям. Поэтому во многих странах для контроля сельхозугодий применяются беспилотные летательные аппараты (БПЛА), стоимость которых с экономической точки зрения во много раз дешевле любого пилотируемого летального аппарата.

Мировой опыт применения БПЛА

Беспилотные летательные аппараты производят в 18 странах мира, лидируют в производстве БПЛА США, Германия, Франция и Япония, Китай, в списке стран есть и Сингапур, ЮАР и даже Чешская республика. При этом большинство БПЛА – военного назначения, а пионером в применении гражданских беспилотников сельхозназначения является Япония.

Еще в 80-е годов прошлого века японские ученые выяснили, что самолеты над полями фермеров – не самое лучшее решение. Их применение ограничивает сложный рельеф местности, линии электропередач и деревья, населенные пункты. Ученые пришли к выводу, что наиболее эффективны не большие машины, пилотируемые людьми на борту, а маленькие дистанционно управляемые беспилотники, с тех пор Министерство сельского хозяйства Японии активно продвигало эту идею. В Японии разработано несколько моделей БПЛА, которые применяются для мониторинга посевов, но ученые не остановились на этом. Так, в 1990 году был представлен беспилотный вертолет Yamaha RMAX как современное средство для опрыскивания сельскохозяйственных культур. Небольшой, размером с мотоцикл, управляемый дистанционно вертолет оснащается 2,4-литровым двухтактным двигателем, способен нести полезную нагрузку до 28 кг и распылять химикаты на скорости около 24 км/час.

Вертолеты управляются дистанционно с использованием цифровых систем управления YACS и YACS-G. Последняя — на основе GPS. Использование GPS позволяет автоматизировать самые сложные операции управления вертолетом в воздухе. Оператор может выбрать один из 6 режимов управления в зависимости от решаемой задачи. Вертолет стабилен даже в условиях повышенной турбулентности, в случае появления электромагнитных помех, препятствующих дистанционному управлению вертолетом, компьютер автоматически переводит машину в режим зависания, после чего медленно снижает высоту до посадки вертолета.

В Японии в настоящее время эксплуатируется 2400 таких вертолетов. В основном их применяют для распыления и посева. В 2012 году данный беспилотный вертолет и его аналоги уже опыляли 40% японских рисовых полей. В результате использование пилотируемых вертолетов сократилось: в 1995 году они обрабатывали 1328 га, а в 2012 году – только 57 га.
Японская модель обработки посевов имеет очевидные преимущества, главное среди которых точность нанесения химикатов, следствие чего не только снижение расходов, но и уменьшение нагрузки на окружающую среду. Кстати, японцы тщательно отслеживают и контролируют продажу данного аппарата в другие страны. Так, была отмечена попытка в обход действующих правил продать такие вертолеты Китаю. Сотрудникам фирмы грозили неприятности, поскольку возникло подозрение, что вертолеты могут быть переоборудованы под химическое оружие.

А недавно ученые из Университета Калифорнии в Дэвисе (University of California, Davis) совместно с компанией Yamaha Motor Corporation, USA в присутствии журналистов продемонстрировали миниатюрный вертолет на основе японской модели с дистанционным управлением, назначение которого – обработка сельхозугодий.
Цель исследования, проводимого учеными – адаптация японского опыта обработки сельскохозяйственных культур на примере виноградников в долине Напа. Если на виноградниках будет получен приемлемый результат, то на следующем этапе ученые собираются расширить проект на миндальные рощи. Они надеются, что их работа будет способствовать внедрению дистанционно управляемых воздушных машин в американское сельское хозяйство. 

В целом в США создано и эксплуатируется около 200 моделей различных БПЛА, но в основном военного назначения. Однако потребность в сугубо мирных аппаратах настолько велика, что там предпринимают попытки использовать в мирных целых даже боевые аппараты Predator («Хищник»). Сегодня его гражданские модификации применяются и для пограничной службы, и для проводимых NASA геофизических исследований. Другой аппарат — маленький самолетик SkySeer снабжен двумя видеокамерами. Он работает на литиевых батарейках и держится в воздухе до 70 минут, эксперты отмечают, что он вполне может применяться при мониторинге посевов кукурузы.

Есть и чисто сельскохозяйственные разработки в сфере БПЛА. Так, американская компания CropCam выпускает легкие модульные, управляемые по GPS планеры, которые позволяют фермерам взглянуть на свои поля с высоты птичьего полета без необходимости аренды пилотируемых самолетов. Эта радиоуправляемая модель планерного самолета может оборудоваться Trimble GPS, миниатюрным автопилотом, цифровой камерой высокого разрешения Pentax для съемки в видимом диапазоне и модифицированной камерой Sony XNite для съемки в инфракрасном диапазоне.

Потенциал использования беспилотных аппаратов в гражданских целях поистине безграничен, однако полеты этого класса авиации жестко ограничены законодательством США. Во-первых, таким самолетам разрешено летать только в строго очерченном воздушном пространстве — за пределами зон полетов обычной гражданской авиации. Поэтому сегодня производители беспилотных летательных аппаратов хотят, чтобы Федеральное авиационное агентство США разработало новые правила, в которых предусматривалось бы место и для беспилотной авиации. Впрочем, авиационное агентство не спешит что-либо менять, официальной причиной при этом называют угрозу возможных столкновений, неофициальной – возможность использования БПЛА для терактов.

А как у нас?

Есть мнение, что в ближайшем будущем основными потребителями беспилотной продукции в мире станут фермеры. К такому выводу пришли исследователи американской организации AUVSI, которая изучает рынок БПЛА. При этом, подчеркивается, что у России есть все шансы занять в этой области лидирующие позиции.

Нужно заметить, что данное направление является новым для нас и до сегодняшнего дня беспилотные летательные аппараты в сельском хозяйстве России не использовались. Применение им находят в МЧС, МВД и министерстве обороны, но в последние годы растет интерес к БПЛА сельскохозяйственного назначения.
Как отмечают эксперты, Россия в этом направлении пока отстает от зарубежных производителей, в особенности в том, что касается электронной начинки, занимающей львиную долю в стоимости аппарата. При этом, главная проблема отечественной промышленности — недостаточная элементная база, поэтому в России пока что используются зарубежные разработки, микросхемы и другие элементы для создания БПЛА. Тем не менее, «мирные беспилотники» разрабатываются и у нас.

Так, в Белгородской области проходят испытания беспилотной летательной техники, которая позволяет вести детальный мониторинг состояния сельхозугодий и произрастающих на них культур.

Проект реализуется Министерством сельского хозяйства России, и случае его успеха российские аграрии могут получить эффективный инструмент, позволяющий контролировать вегетацию сельскохозяйственных культур, прогнозировать урожайность и даже управлять ею. Испытания оборудованных фотокамерами летательных аппаратов проходят на посевных полях холдинга «Агро-Белогорье».

Технология сводится к регулярному мониторингу посевных площадей и анализу полученных сведений. Управление самолетом происходит с земли с помощью ноутбука, подключенного к системе спутниковой навигации. На борту беспилотника — аккумулятор, цифровой фотоаппарат и навигационное устройство. Корпус выполнен из легких композитных материалов, вес аппарата не превышает пяти килограммов. В воздухе самолет может проводить до 60-ти минут без подзарядки. Беспилотные аппараты производят аэрофотосъемку заданных участков земли, после приземления из аппарата извлекается «флешка» и из разрозненных снимков формируется единое изображение. Все эти данные помогут оперативно реагировать на изменения состояния культур, принимать своевременные решения и в итоге — повысить эффективность земледелия.
Целый комплекс разработали ученые кафедры летательных аппаратов Таганрогского технологического института Южного федерального университета. Работа велась в течение двух лет, и сегодня разработчики уже готовы представить систему сельхозпроизводителям.

— Новый комплекс «Рассвет» будет являться частью системы, цель которой оказывать услуги по мониторингу состояния сельхозземель. Это и всхожесть посевов, и состояние удобрений. А в перспективе — это и внесение микроудобрений, — рассказал Interfax-Russia.ru заместитель заведующего кафедрой летательных аппаратов ЮФУ Олег Носко.

БПЛА весит 6 кг, при этом камеры дают хорошее качество изображения. В зависимости от погодных условий, он может находиться в воздухе около 2-3 часов. Аппарат, который планируют использовать в качестве носителя удобрений, летает порядка часа, чего, впрочем, вполне достаточно, чтобы долететь до нужного места, зависнуть надо ним и произвести их распыление. Для управления им необходима наземная станция и компьютерный комплекс обработки информации, а также «экипаж» — операторы управления информационным обеспечением и собственно пилоты аппаратов.

— Сейчас рынок гражданской беспилотной техники, нацеленный на сельскохозяйственное направление, считается наиболее перспективным в мире. Поскольку военная ниша уже практически закрыта имеющимся и развивающимся модельным рядом, в отличие от нее агрониша пока что не заполнена, — уверен Олег Носко. — Там для нее еще непаханое поле, и в том числе там имеются большие финансовые ресурсы. И, конечно, есть большая экономическая выгода использования таких средств в сельском хозяйстве. Уже сегодня мы можем оказывать услуги по мониторингу реальным сельхозпроизводителям.

По словам Олега Носко, новым комплексом уже заинтересовались донские производители. Они готовы участвовать в проекте и выступать в качестве заказчиков и потребителей, в первую очередь информации о состоянии их угодий. Со временем, надеются разработчики, российские аграрии созреют к приобретению уже готовых комплексов и к их самостоятельной эксплуатации.

Константин Сергеев («Ресурсосберегающее земледелие», №2/2013)