Опыт и перспективы применения БПЛА в точном земледелии

Повышение надежности защищенных сетевых коммуникаций обеспечит массовое безопасное использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Над территорией России к 2035 году постоянно могут находиться в воздухе не менее 100 тыс. беспилотных воздушных судов (БВС), объединенных в единую систему предоставления работ и услуг для удовлетворения различных потребностей экономики, в том числе сельскохозяйственного производства. К 2035 году среднесписочная численность занятых в разработке и производстве беспилотных авиационных систем (БАС) составит 50 тыс. человек, численность занятых в эксплуатации БАС, обеспечении комплексных решений и услуг на их основе ― 500 тыс. человек.

Оценки показывают, что к 2035 году объем мирового рынка БАС, комплексных решений и услуг составит более 200 млрд долларов. Изменится не только структура рынка, но и запросы потребителей, под которые придется адаптироваться новым лидерам в глобальной конкуренции. Доля России на этом развивающемся рынке может составить более 35–40 млрд долларов. Возникнут крупные отечественные компании, которые зададут отраслевые стандарты в своих сегментах.

В  отчете под названием “The Economic Impact of Unmanned Systems Integration in the United States” сообщается о том, что применение БПЛА в сельском хозяйстве будет преобладать над применением в других отраслях, и к 2025 году около 80% рынка дронов будет занято в сельском хозяйстве США.

При наличии государственной поддержки к 2035 году Россия может занять от 15–20% (базовый сценарий) до 20–25% (оптимистический сценарий) мирового рынка в сельскохозяйственном сегменте. В денежном выражении объем рынка по оказанию услуг на основе БАС в данном сегменте, занимаемый российскими компаниями, может достичь 240 млрд рублей, а продажа БВС составит дополнительные 27 млрд рублей.

Применение БПЛА в сельском хозяйстве имеет огромный потенциал, и с каждым годом интерес к их использованию растет. Для России такой опыт является инновацией, особенно при реализации задач точного земледелия. Беспилотники оснащаются мультиспектральными камерами, разнообразными датчиками, системами спутниковой навигации, малогабаритными бортовыми компьютерами и оборудованием для внесения химикатов.

Беспилотные летательные аппараты в сельском хозяйстве смогут решать следующие задачи:

· Создание электронных карт полей/построение 3D-модели поля.

· Инвентаризация сельхозугодий.

· Оценка объема работ и контроль их выполнения с целью оптимального построения систем ирригации и мелиорации.

· Оперативный мониторинг состояния посевов, построение карт по всходам.

· Отслеживание нормализованного вегетационного индекса с целью эффективного внесения удобрений.

· Оценка всхожесть сельскохозяйственных культур.

· Прогнозирование урожайности сельскохозяйственных культур.

· Экологический мониторинг сельскохозяйственных земель.

· Охрана сельхозугодий.

· Опрыскивание посевов химическими препаратами для борьбы с вредителями и болезнями.

· Оценка  химического состава почвы.

Например, в США компания Vine Rangers (Калифорния) предлагает фермерам услуги аэрофотосъемки виноградников с БПЛА для последующей выдачи рекомендаций о времени опыления, ирригации, а также выявления заболеваний растений. Компания собирает данные с дронов и представляет управляющим виноградниками доступ к данным и рекомендации через веб-интерфейс. Планируемая частота облетов ― раз в неделю, планируемая цена услуг ― 20 долл. за акр.

Также калифорнийская компания AeroHarvest  фокусирует свои усилия на виноградниках и обещает выполнять поиск утечек воды и оптимизацию расписания поливов.

AgWorx ― специалисты в области точного сельского хозяйства из Северной Каролины, ― обещают осуществить выбор оптимального времени уборки урожая, а также представить собственные приложения для сбора всех необходимых данных с земли и с дрона.

Компания из Вирджинии Digital Harvest  специализируется на сельскохозяйственной информатике.

Leading Edge Technologies  ― компания в Миннесоте, превращающая собранные дроном данные в «результаты разведки фермы», пригодные для управления зерновыми посевами и принятия фермером других управленческих решений.

Trimble Navigation  ― калифорнийская компания, специализирующаяся в области точного сельского хозяйства с приложениями для самых разных видов мониторинга и управления ― от мониторинга урожая до управления расходом воды.

Wilbur-Ellis ― крупный поставщик сельхозоборудования из Сан-Франциско, работающий над программным обеспечением для агрономов, интегрирующим данные со спутников и с дронов.

PrecisionHawk ― стартап, создающий «рынок алгоритмов», которые помогают интерпретировать данные со спутников и дронов. Потенциальная сфера применения ― мониторинг окружающей среды.

Lancaster UAV позволяет собирать данные, необходимые для принятия управленческих решений на фермах. Большинство полевых испытаний проводятся в течение нескольких лет в Онтарио. За последние полгода были заключены несколько соглашений о выполнении полевых испытаний и исследований на территории США.

Компания SenseFly из Швейцарии разработала систему eBee Ag, включающую в себя программное обеспечение eMotion и летающий модуль со встраиваемой камерой разрешением 2 см/пикс. Совместно эти компоненты способны создавать точные 3D-карты.

Китайская компания DJI в 2015 году разработала БПЛА DJI Agras MG-1. Материалы, из которых выполнен аппарат, защищены от влаги и пыли, не подвержены коррозии. После полета дрон можно вымыть и сложить для транспортировки.
Восьмимоторный Agras MG-1 может нести до 10 кг опрыскивающей жидкости и покрывать площадь от 3,2 до 4 км за час ― это в 40 раз эффективней ручного опрыскивания. Дрон может лететь со скоростью до 8 м/сек., одновременно регулируя интенсивность опрыскивания и не снижая эффективности распыления.

Основные российские компании, занимающиеся разработкой БАС для сельского хозяйства:

· ООО НПП «Автономные аэрокосмические системы — ГеоСервис».

·  Группа компаний «Геоскан».

·  Группа компаний ZALA AERO.

Фирма «ГеоСервис» предлагает БПЛА, адаптированные для сельского хозяйства. Аппарат запускается вручную, взлетает и садится в автоматическом режиме по загруженному маршруту. Пролетая по заранее спланированному в ГИС маршруту, беспилотник выполняет цифровую съемку местности. Приземляется БПЛА в ту же точку, откуда взлетел. Результатом съемки являются снимки высокого разрешения на запрограммированных точках по GPS-координатам. Для каждого снимка получается полный набор цифровой информации: географические координаты центральной точки снимка, высота съемки, угол экспонирования и полный набор телеметрических данных для переноса и использования в общепринятых ГИС-системах.

БПЛА могут оснащаться мультиспектральными камерами, которые применяются для мониторинга изменений показателей растительности с использованием видимого и ближнего инфракрасного спектра. Показатели, полученные с помощью ближнего инфракрасного спектра, позволяют обнаружить изменения растительности задолго до того, как соответствующие изменения проявятся в видимом спектре.

Листья растений, в которых происходит фотосинтез, отражают излучение от 700 до 1000 нм в ближней инфракрасной области спектра. В мультиспектральных системах эта область спектра, как правило, применяется для отслеживания состояния здоровья растений, так как она показывает изменения в коэффициенте отражения, когда растение испытывает стресс. Для того чтобы рассмотреть невидимое излучение в ближней инфракрасной области спектра, создается изображение в «ложных» цветах. Так, излучение в ближней инфракрасной области спектра отображается на рисунке в красном цвете.

Мультиспектральные и инфракрасные тепловые камеры, чрезвычайно легкие и надежные, используются для анализа биологической активности и здоровья растений. По полученным сверху цифровым фотокартам и координатам определяются наиболее уязвимые и требующие внимания участки поля.

Подводя итоги, можно смело утверждать, что за последние 5–6 лет в отрасли производства БПЛА сделано во много раз больше, чем за все предыдущие годы. Это позволяет считать отрасль бурно развивающейся, с большими перспективами и  разнообразием конструкторских решений.