Hơn một trăm năm trước, vào mùa hè năm 1922, một chiếc máy bay với thiết bị thực hiện các công việc hóa học trên không sử dụng phương pháp phun thuốc trừ sâu bệnh đã cất cánh từ sân bay thủ đô Khodynka. Các chuyến bay thử nghiệm thành công đánh dấu sự khởi đầu phát triển của ngành hàng không nông nghiệp.
Ngày nay, việc sử dụng các phương tiện hàng không khác nhau để bảo vệ thực vật có tầm quan trọng kinh tế lớn vì nó mang lại cơ hội:
— giám sát từ xa quy mô lớn đối với cây trồng nông nghiệp;
— các biện pháp bảo vệ trong thời gian nông nghiệp ngắn và ở những nơi khó tiếp cận chống lại các loài gây hại đặc biệt nguy hiểm (châu chấu, sâu bướm đồng cỏ, loài gặm nhấm giống chuột, bọ khoai tây Colorado, rùa gây hại) và bệnh tật (bệnh gỉ sắt, bệnh mốc sương, bệnh xen kẽ);
— xử lý khi đất có độ ẩm cao, khi thiết bị mặt đất không thể vào ruộng, đặc biệt là khi diệt cỏ dại;
— chế biến các loại cây trồng cao (ngô, hướng dương) và cây lấy hạt;
- chế biến lúa gạo;
- hút ẩm;
— xử lý cây trồng trên đất dốc có độ dốc lớn hơn 7 độ, nơi mà thiết bị phun đất không thể hoạt động được.
Ở Liên Xô, cơ sở của phi đội hàng không nông nghiệp là AN-2. Hiện nay, sự phát triển của ngành hàng không nông nghiệp đang hướng tới việc mở rộng đáng kể việc sử dụng máy bay siêu nhẹ (ULA) và máy bay không người lái (UAV), rẻ hơn nhiều so với máy bay hạng nặng. Theo Quy định hàng không liên bang và Bộ luật hàng không của Liên bang Nga, máy bay siêu nhẹ là máy bay (máy bay) có:
- trọng lượng cất cánh tối đa không quá 495 kg (không bao gồm thiết bị cứu hộ hàng không);
- tốc độ dừng hiệu chuẩn tối đa (tốc độ bay tối thiểu) không quá 65 km/h.
Máy bay không người lái (UAV) bao gồm các phương tiện được điều khiển chuyến bay bởi các phi công ở bên ngoài máy bay (phi công từ xa).
Các tính năng của chế độ sử dụng UAV phù hợp được xác định bởi trọng lượng cất cánh tối đa của nó:
- lên tới 250 g - không phải đăng ký hoặc kế toán nhà nước;
- từ 250 g đến 30 kg - bắt buộc phải đăng ký nhà nước;
- từ 30 kg trở lên - phải đăng ký nhà nước.
Ưu điểm quan trọng của việc sử dụng UAV và SLA là:
- không có tổn thất do bánh xe làm hư hại cây trồng hoặc do nhu cầu sử dụng đường xe điện (so với thiết bị trên mặt đất);
- hiệu quả cao với chi phí vận hành giảm (so với máy bay hạng nặng, vì những máy bay này không yêu cầu sân bay được trang bị).
Việc sử dụng máy bay không người lái giúp giải quyết các vấn đề sau:
— thu thập thông tin chi tiết về việc tạo cơ sở bản đồ cho đất nông nghiệp và vị trí của các vật thể nông nghiệp với tọa độ chính xác của chúng để lập kế hoạch và giám sát các quy trình công nghệ sản xuất nông nghiệp;
— tiến hành giám sát từ xa dựa trên ảnh chụp đa phổ của bề mặt cơ bản của đất nông nghiệp để xác định tình trạng và sự phát triển của cây trồng, dự đoán năng suất dựa trên việc tính toán chỉ số thực vật dựa trên kết quả chụp ảnh quang phổ, v.v.;
— kiểm soát vận hành theo thời gian thực đối với hoạt động của thiết bị mặt đất và chất lượng công việc nông nghiệp;
— giám sát kiểm dịch thực vật bằng mã hóa địa lý đối với đất nông nghiệp để xác định mức độ cỏ dại của cây trồng, sự hiện diện của sâu bệnh và các biểu hiện của bệnh ở giai đoạn phát triển ban đầu, kể cả ở dạng tiềm ẩn;
Việc sử dụng UAV để chụp ảnh trên không đất nông nghiệp, so với ảnh vệ tinh, thu được hình ảnh có độ phân giải cao hơn (lên đến một cm mỗi điểm) và quan trọng nhất là có thể thực hiện công việc này khi có mật độ dày đặc. mây (không thể ghi lại bằng tàu vũ trụ trong những khoảng thời gian như vậy).
Chúng ta hãy tìm hiểu chi tiết hơn về việc giám sát kiểm dịch thực vật đối với cây trồng. Gần đây, khối lượng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở Nga không ngừng tăng lên: theo thống kê, cứ 2010 năm một lần kể từ năm 2020, lượng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật lại tăng gấp đôi và đến năm 221 đạt XNUMX nghìn tấn. Với lượng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ngày càng tăng, các trang trại cần đảm bảo thu thập và xử lý kịp thời thông tin về điều kiện KDTV trên các cánh đồng nông nghiệp. Nếu không có những thông tin này thì không thể giải quyết được các vấn đề về hỗ trợ công nghệ để sử dụng hợp lý và an toàn thuốc bảo vệ thực vật trong thời gian nông nghiệp ngắn. Các phương pháp khảo sát tuyến đường trên mặt đất hiện tại không cho phép thu được thông tin cần thiết một cách nhanh chóng và với số lượng cần thiết. Về vấn đề này, công việc đang được tiến hành tích cực ở nước ngoài và ở nước ta nhằm phát triển các phương pháp thu thập thông tin từ xa hiệu suất cao nhằm lập kế hoạch và thực hiện các biện pháp bảo vệ thực vật. Để giám sát kiểm dịch thực vật từ xa, phương tiện được sử dụng rộng rãi nhất là máy bay không người lái cung cấp video mã hóa địa lý, hình ảnh đa phổ và siêu phổ của bề mặt bên dưới Trái đất.
Cần lưu ý rằng các vấn đề liên quan đến việc sử dụng các phương pháp từ xa để thu thập thông tin trong lĩnh vực kiểm soát cỏ dại (xác định vị trí của cỏ dại trên ruộng, đánh giá thiệt hại mùa màng, lập bản đồ vùng gây hại) đã được giải quyết một phần. Trong lĩnh vực này, trong khuôn khổ thỏa thuận hợp tác khoa học và kỹ thuật, nghiên cứu đã được thực hiện với sự tham gia của các chuyên gia từ VIZR, Đại học Thiết bị Hàng không Vũ trụ (St. Petersburg), Học viện Nông nghiệp Samara và Ptero LLC (Moscow). Đã thu được kết quả tích cực khi sử dụng thiết bị bay không người lái cho các phương pháp thu thập thông tin từ xa dựa trên phép đo quang phổ để đánh giá tình trạng cỏ dại của cây ngũ cốc và đất trồng khoai tây đối với hơn 20 loại cỏ dại, bao gồm cả những loại có hại như cỏ dại Sosnovsky. Dữ liệu thu được dựa trên việc xác định và phân tích các đặc điểm quang phổ phản xạ từ cây trồng và cỏ dại trong phạm vi bước sóng 300-1100 nm.
Do đó, trong quá trình nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định các đặc điểm xác định dựa trên độ sáng quang phổ của sự phản xạ từ cây trồng và cỏ dại, các dải phổ phụ mang tính thông tin nhất của các bước sóng của bức xạ điện từ đã được thiết lập để sử dụng chụp ảnh đa phổ của bề mặt bên dưới của đất nông nghiệp. sử dụng hệ thống viễn thám hiện đại. Phân tích hình ảnh quang phổ của cỏ dại và cây trồng cho thấy chúng ta quan sát thấy sự khác biệt đặc trưng trong đường cong độ sáng quang phổ thu được trong các phạm vi phụ của bức xạ điện từ xanh lam, xanh lục, đỏ và cận hồng ngoại trong phạm vi bước sóng cận hồng ngoại.
Một nhiệm vụ khó khăn hơn đối với việc sử dụng rộng rãi các phương pháp viễn thám trên đất nông nghiệp là xác định các dấu hiệu thông tin về bệnh cây, và trên hết là ở dạng tiềm ẩn. Điều này là do thực tế là nhiều dấu hiệu thông tin về bệnh có độ sáng quang phổ tương tự như các dấu hiệu bệnh lý không lây nhiễm của cây được nghiên cứu.
Đã thu được kết quả khả quan trong việc xác định bệnh khoai tây và thiệt hại do bọ khoai tây Colorado gây ra bằng phương pháp đo quang phổ. Sử dụng phương pháp này, người ta thấy rằng khi trồng khoai tây bị ảnh hưởng bởi bệnh mốc sương (Hình 1), vào ngày thứ ba sau khi bị nhiễm bệnh, chúng tôi quan sát thấy độ sáng quang phổ phản xạ giảm mạnh so với các cây khỏe mạnh và vào ngày thứ bảy. ngày sau khi bị nhiễm bệnh, các giá trị độ sáng quang phổ cho thấy cây gần như đã chết. Trong trường hợp này, giá trị độ sáng quang phổ ở cây bị ảnh hưởng bởi bệnh mốc sương gần với giá trị độ sáng quang phổ phản xạ từ đất.
Khi khoai tây bị bọ khoai tây Colorado làm hỏng, chúng tôi cũng quan sát thấy độ sáng quang phổ của sự phản chiếu giảm từ 2 đến XNUMX lần so với những cây không bị sâu bệnh gây hại. Hình XNUMX trình bày dữ liệu về độ sáng quang phổ của sự phản chiếu của cây khoai tây, có tính đến các mức độ thiệt hại khác nhau của chúng. Dữ liệu thu được có tầm quan trọng lớn đối với phương pháp từ xa nhằm xác định các ổ gây hại cho cây khoai tây do bọ khoai tây Colorado gây ra.
Hiện tại, dựa trên các nghiên cứu được thực hiện để xác định các đặc điểm thông tin dựa trên độ sáng quang phổ của sự phản xạ từ những cây khoai tây khỏe mạnh và bị bệnh, cũng như những cây bị bọ khoai tây Colorado phá hoại, các dải phổ phụ chứa nhiều thông tin nhất của các bước sóng của bức xạ điện từ đã được thiết lập cho việc sử dụng ảnh đa quang phổ của bề mặt cơ bản của đất nông nghiệp bằng cách sử dụng UAV và SLA.
Khi xác định bệnh, cần tính đến kết quả nghiên cứu của Viện Vật lý Nông nghiệp, giúp xác định được đặc điểm quang phổ phản xạ của cây bị thiếu nitơ và độ ẩm đất.
Các kết quả thu được rất quan trọng để xác định các đặc điểm thông tin giúp phân biệt rõ ràng, khi giải mã tình trạng kiểm dịch thực vật của đất nông nghiệp, cây bị ảnh hưởng bởi bệnh và cây mắc bệnh do thiếu dinh dưỡng khoáng hoặc độ ẩm của đất.
Việc hình thành các thư viện hình ảnh quang phổ về các bệnh của các loại cây trồng nông nghiệp khác nhau, cũng như hình ảnh quang phổ của những cây trồng bị thiếu dinh dưỡng khoáng hoặc độ ẩm của đất, sẽ cho phép, dựa trên kết quả thu thập thông tin từ xa, đưa ra quyết định sáng suốt và kịp thời. để ổn định tình hình kiểm dịch thực vật khi có dịch bệnh hoặc thực hiện một loạt các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp nhằm giảm bớt tình trạng căng thẳng đối với cây trồng do các yếu tố khác gây ra.
Lĩnh vực quan trọng tiếp theo của việc sử dụng BVS là việc sử dụng chúng cho các biện pháp bảo vệ thực vật. Lần đầu tiên, UAV dưới dạng trực thăng không người lái điều khiển từ xa bắt đầu được sử dụng ở Nhật Bản vào đầu những năm 90 để xử lý ruộng lúa bằng thuốc trừ sâu. Hiện tại, ở Trung Quốc, quốc gia đi đầu trong việc sản xuất máy bay không người lái trong nông nghiệp, diện tích chế biến sử dụng máy bay không người lái đã vượt quá vài triệu ha. Thị trường UAV đang phát triển năng động trên toàn thế giới, khối lượng sử dụng các máy bay này tăng 400-500% hàng năm. Theo các chuyên gia, việc sử dụng công nghệ UAV trong nông nghiệp trên thế giới sẽ đạt giá trị thị trường 5,7 tỷ USD.
Trong số các máy bay không người lái dùng trong nông nghiệp, công ty DJI của Trung Quốc đang thống trị thị trường và mẫu phổ biến nhất là DJI Agras T16.
Do hầu hết các bộ phận của mẫu UAV này đều được làm bằng vật liệu composite nên trọng lượng của thiết bị không vượt quá 18,5 kg (không tính pin). Với thiết bị bảo vệ thực vật, khi đổ đầy dung dịch làm việc vào bình, trọng lượng cất cánh của máy đạt tới 41 kg. Dung tích của bình chứa chất lỏng làm việc là 16 lít khi cần được trang bị tám vòi phun. Ưu điểm của mẫu drone này là được trang bị radar giúp giảm đáng kể nguy cơ va chạm với chướng ngại vật, đồng thời mang lại khả năng hoạt động vào ban đêm bằng đèn pha. Độ cao bay tối ưu của máy bay không người lái trên cánh đồng là 2,5-3 mét và nếu cần, thiết bị có thể tăng lên 30 mét (độ cao bay ngang tối đa). Chiều cao này là cần thiết để xử lý các cây trồng lâu năm, cây trồng trong vườn thực vật và rừng khỏi sâu bệnh.
Tại Liên bang Nga, đã thu được kết quả tích cực khi sử dụng BVS để chống lại loài gặm nhấm giống chuột (nghiên cứu được thực hiện với sự tham gia của VIZR và công ty Ginus). Các thử nghiệm thực địa về giám sát từ xa và ứng dụng mã hóa địa lý của thuốc diệt chuột vào hang của loài gặm nhấm giống chuột cho thấy độ chính xác của công nghệ mới so với ứng dụng thủ công là 91% so với 97%.
Kinh nghiệm thực tế đã được tích lũy trong việc sử dụng UAV để giám sát từ xa các khu vực phân bố của cây hogweed Sosnovsky, cũng như việc sử dụng công nghệ phun thuốc diệt cỏ chống lại loài gây hại này.
Mặc dù có những kết quả tích cực và triển vọng của việc sử dụng UAV trong nông nghiệp, nhưng vẫn còn những tồn tại, cũng như những vấn đề chưa được giải quyết trong lĩnh vực pháp luật và các văn bản quy định về việc sử dụng chúng một cách hiệu quả và an toàn để giám sát từ xa và bảo vệ thực vật, cụ thể là:
- chi phí UAV cao với nguy cơ mất thiết bị trong quá trình làm việc;
- hạn chế sử dụng về mặt pháp lý: ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, UAV phải nằm trong tầm nhìn của người điều khiển khi thực hiện công việc (khoảng cách không quá 500 mét);
- nhu cầu đăng ký, đăng ký thiết bị (ở hầu hết các quốc gia, nếu trọng lượng của nó vượt quá 25 kg) và xin giấy phép sử dụng UAV cho mục đích thương mại;
- nhu cầu bổ sung thiết bị đắt tiền và nhân viên có trình độ: để UAV hoạt động hiệu quả và không bị gián đoạn, cần phải có thêm ít nhất ba cục pin và một máy phát điện để sạc chúng; Ít nhất ba người tham gia bảo dưỡng một máy;
- Sự phụ thuộc nhiều hơn vào điều kiện khí tượng. Khi trời nhiều gió, việc điều khiển thiết bị rất khó khăn, đặc biệt khi có gió thổi mạnh;
- thiếu các quy định hợp pháp hóa về việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật sử dụng BVS theo yêu cầu của Luật Liên bang số 109 “Về xử lý an toàn thuốc trừ sâu và hóa chất nông nghiệp”;
- thiếu văn bản quy định về vận hành an toàn máy bay không người lái trong nông nghiệp;
- thiếu tiêu chuẩn bảo hiểm rủi ro cho pháp nhân, cá nhân khi sử dụng thuốc bảo vệ thực vật sử dụng BVS;
- giá cao và thiếu các sản phẩm phần mềm để giải quyết các vấn đề giám sát kiểm dịch thực vật từ xa đối với cỏ dại, sâu bệnh và dịch bệnh, có tính đến ngưỡng gây hại kinh tế cũng như giải mã tự động kết quả của chúng.
Nhu cầu cấp thiết là thành lập các trung tâm khu vực để đào tạo người vận hành và thử nghiệm công nghiệp các quy định công nghệ về việc sử dụng UAV để giám sát và bảo vệ thực vật.
Là một phần của chương trình số hóa nông nghiệp, cần đẩy nhanh việc phát triển cơ sở dữ liệu lớn về các mẫu cỏ dại tham chiếu trong giai đoạn phát triển dễ bị tổn thương nhất đối với việc sử dụng thuốc diệt cỏ và các mẫu tham chiếu có dấu hiệu thông tin đặc trưng về thiệt hại sâu bệnh đối với cây trồng chính. . Điều quan trọng không kém là hoàn thành việc hình thành các thư viện hình ảnh quang phổ của cây khỏe mạnh và cây bị bệnh, có tính đến ảnh hưởng của mức độ dinh dưỡng khoáng và các thông số khí hậu nông nghiệp.
Anatoly Lysov, Trưởng Phòng thí nghiệm Bảo vệ Thực vật Tổng hợp, Viện Ngân sách Nhà nước Liên bang VIZR, e-mail: lysov4949@yandex.ru