Рынок беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) стремительно развивается. Сегодня их активно используют в сельском хозяйстве, где их доля составляет около 21%.
Мировой рынок беспилотных летательных систем в 2015 году оценивался в 5,5 млрд долл. США, а к 2020 году вырос до 25 млрд долл. К 2025 году ожидается, что он достигнет 75 млрд долл., а к 2035 году – 100-200 млрд долл. В России производство дронов в первом полугодии 2023 года составило 5% от мирового, что эквивалентно 14 млрд руб. Прогнозируется, что этот показатель вырастет на 20%.
С 1 января 2024 года в России стартовал национальный проект «Беспилотные авиационные системы» (БАС), рассчитанный до 2030-2035 годов. Его цель – разработка и массовое производство гражданских беспилотных летательных аппаратов, развитие инфраструктуры и подготовка специалистов.
Точно и быстро
Основными направлениями использования БПЛА являются создание цифровых карт полей, мониторинг эрозии, контроль выполнения работ, определение состояния посевов, аэросев, дистанционный мониторинг вредителей, болезней и сорняков, а также проведение защитных мероприятий.
Использование агродронов предоставляет сельхозпроизводителям и госорганам оперативную и точную информацию о структуре посевных площадей и границах угодий, что важно для получения дотаций и контроля качества технологических процессов от посева до уборки.
Применение летательных аппаратов в сравнении с наземными методами повышает производительность и сокращает время работ. Например, за один съемочный период можно обследовать до 2,2 тыс. га посевов. Программный комплекс обеспечивает возможность визуального анализа информации в режиме реального времени.
Лидерами в разработке БПЛА и программного обеспечения для фотограмметрической обработки данных аэрофотосъемки, автоматизированного создания и редактирования цифровых моделей местности и рельефа, а также 3D-моделей для сельского хозяйства являются ГК «Геоскан», АО «Геомир», АО «Группа компаний ИнЭнерджи», ООО НПП «АВАКС-ГеоСервис» и другие.
Создание программного обеспечения для обработки данных картирования сельскохозяйственных угодий, инвентаризации земель и оценки состояния посевов с помощью БПЛА – основа для формирования цифровой платформы управления сельскохозяйственным предприятием.
Работа ученых
Специалисты Федерального исследовательского центра Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН и Новосибирского национального исследовательского государственного университета создали технологию для дистанционного мониторинга растений в полевых условиях. Они используют беспилотники для получения геопространственных изображений. Эти данные обрабатываются методами компьютерного зрения, что позволяет создавать карты плотности посевов и определять контуры культурных и сорных растений.
Ученые разработали систему SeedlingsNet, которая автоматически оценивает количество всходов на RGB-изображениях полей. Система работает с изображениями в формате GeoTIFF с разрешением 1-2 см на пиксель. SeedlingsNet показывает высокую точность – более 95% – при идентификации всходов широкорядных полевых культур. Это значительно превосходит результаты ручной оценки.
В Научно-технологическом центре уникального приборостроения РАН создали новый метод мульти-спектральной съемки состояния растений. Он позволяет одновременно получать одно широкополосное и 15 спектральных изображений в диапазоне 300-1000 нм, с шириной каналов в 10 нм. Это решение поможет создавать отечественные приборы для беспилотников. Они будут использоваться для анализа изображений и мониторинга грибных заболеваний и сорных растений на полях.
ВИЗР также разрабатывает технологии с применением нейронных сетей. Их цель – обработка данных в ближнем инфракрасном диапазоне для мониторинга болезней и сорняков.
Нерешенные вопросы
Применение БПЛА для опрыскивания пестицидами вызывает множество вопросов. Во-первых, нет официально разрешенных средств защиты растений, которые можно использовать с помощью этой технологии.
Производители беспилотников с опрыскивающими системами не предоставляют информацию о настройке оборудования в зависимости от скорости и высоты полета, ширины захвата и нормы расхода рабочей жидкости при применении гербицидов, инсектицидов, фунгицидов и десикации.
В отличие от наземной техники, нет четких правил утилизации рабочей жидкости после мойки тары и резервуара агродрона как после завершения работы, так и при переходе на другой вид пестицида.
Во время работы аппарат может попадать в поток оседающих капель. Это приводит к загрязнению дрона пестицидами.
После завершения работ БПЛА хранятся в закрытых помещениях. Поэтому конструкцию дрона необходимо тщательно очищать от загрязнений пестицидами.
Из чего состоит комплекс
Для успешного проведения обработки сельскохозяйственных культур пестицидами с помощью беспилотных авиационных систем требуется целый комплекс технических средств. Он состоит из беспилотного воздушного судна, базовой станции коррекции, генератора для зарядки ионно-литиевых аккумуляторных батарей, автомобиля с прицепом для транспортировки дрона и растворного узла.
На прицепе устанавливается растворный узел, включающий рабочий резервуар объемом до 1000 л, бак для чистой воды объемом не менее 100 л, генератор с помпой и помпа для заправки дрона производительностью не менее 10 л/мин.
Для безопасности окружающей среды опрыскивающее оборудование должно быть оснащено электронными датчиками, автоматически отключающими рабочие органы и систему дозирования в определенных условиях.
Длина гона при опрыскивании не должна превышать 500 м. БПЛА должно находиться в прямой видимости внешнего пилота. Участки с крутизной склонов более 45° не обрабатываются.
Ограничения и требования
Применение БПЛА для сельскохозяйственных работ имеет ряд серьезных ограничений, связанных с погодными условиями. Это высокая скорость ветра (более 6 м/с), температурная инверсия, наличие высоких деревьев и линий электропередач в обрабатываемой зоне, а также закрытые бесполётные зоны.
Согласно российскому законодательству и стандартам, производитель опрыскивающего оборудования обязан предоставить пользователю понятную и простую инструкцию по эксплуатации и техническому обслуживанию на русском языке.
Многие производители средств защиты растений и научно-исследовательские институты изучают эффективность и перспективы использования пестицидов с помощью БПЛА с опрыскивающим оборудованием. Их цель – разработать регламенты для применения этих технологий.
Важно также оценить безопасность условий труда для операторов летательных аппаратов и экологическое воздействие технологии опрыскивания УМО.
Экономика под вопросом
Сегодня нет данных, которые бы сравнивали экономическую эффективность применения БПЛА с опрыскивающим оборудованием и традиционной наземной техникой. Поставщики агродронов часто говорят о более высокой производительности, увеличении урожая из-за отсутствия колеи при обработке кукурузы, подсолнечника и сои, а также о снижении затрат на воду благодаря меньшим нормам расхода при технологии УМО. Однако эти утверждения требуют проверки и подтверждения.
В настоящее время ВИЗР разработал Методические рекомендации по испытаниям БПЛА с опрыскивающим оборудованием для применения средств защиты растений.
Для опрыскивания пестицидами методом УМО нужно создать эффективный антииспаритель-прилипатель. Это поможет улучшить качество опрыскивания и снизить потери препарата в окружающую среду.
Чтобы объективно оценить использование БПЛА с опрыскивающим оборудованием, Минсельхоз РФ должен оперативно организовать соответствующие испытания с привлечением ФБУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана», ФГБНУ ВИЗР, МАИ и Поволжской машиноиспытательной станции.
Решение этого вопроса ускорит внедрение нового класса воздушных судов в сельское хозяйство. Они будут использоваться для защиты растений с помощью энергосберегающей технологии УМО опрыскивания.
Справка
Беспилотные авиационные системы (БАС) – это комплексы, включающие в себя беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и все сопутствующие компоненты и инфраструктуру, необходимые для их эксплуатации (наземная станция управления, программное обеспечение, связь и поддерживающая инфраструктура).
