Kilka lat temu technologia dronów wydawała się nieosiągalnym udogodnieniem dla biednych społeczności rolniczych, ale stopniowo wszystko się bardzo zmieniło.
Obecnie drony są używane w rolnictwie do różnych podstawowych operacji rolniczych, takich jak zarządzanie uprawami i monitorowanie, wykrywanie chwastów, planowanie nawadniania, wykrywanie chorób, opryski pestycydami i zbieranie danych z czujników gruntowych.
Wdrażanie dronów w rolnictwie precyzyjnym to opłacalna i oszczędzająca czas technologia, która może pomóc w poprawie produktywności gospodarstwa, plonów i rentowności w systemach rolniczych. Drony ułatwiają zarządzanie rolnictwem, monitorowanie chwastów i niszczenie szkodników; w ten sposób pomagają szybko sprostać tym wyzwaniom.
Drony mogą być efektywnie wykorzystywane na małych polach uprawnych na niskich wysokościach z większą precyzją i niższymi kosztami niż tradycyjne samoloty załogowe. Korzystanie z dronów do zarządzania uprawami może zapewnić precyzyjne dane w czasie rzeczywistym o określonej lokalizacji.
Co więcej, drony mogą oferować obrazy w wysokiej rozdzielczości dla upraw, aby pomóc w zarządzaniu uprawami, takimi jak wykrywanie chorób, monitorowanie rolnictwa, wykrywanie zmienności reakcji upraw na nawadnianie, zwalczanie chwastów i zmniejszenie liczby herbicydów.
Planowanie nawadniania
Aby określić potrzebę nawadniania, należy monitorować cztery czynniki:1) Dostępność wody glebowej; 2) Zapotrzebowanie na wodę upraw, które reprezentuje ilość wody potrzebną różnym uprawom do optymalnego wzrostu; 3) ilość opadów; 4) Wydajność systemu nawadniającego. Czynniki te można określić ilościowo, wykorzystując drony do pomiaru wilgotności gleby, temperatury roślinnej i ewapotranspiracji. Na przykład przestrzenny rozkład wilgotności powierzchniowej gleby można oszacować za pomocą obrazów wielospektralnych o wysokiej rozdzielczości zarejestrowanych przez drona w połączeniu z pobieraniem próbek naziemnych. Wskaźnik stresu wodnego upraw można również obliczyć w celu określenia obszarów narażonych na stres, wykorzystując obrazy z drona termicznego.
Wykrywanie chorób roślin
Według szacunków w Stanach Zjednoczonych straty plonów spowodowane chorobami roślin powodują utratę około 33 miliardów dolarów rocznie. Drony mogą być wykorzystywane do teledetekcji termicznej w celu przedobjawowego monitorowania przestrzennych i czasowych wzorców chorób upraw w różnych fazach rozwoju choroby. Dzięki temu rolnicy mogą ograniczyć straty w plonach. Na przykład lotnicze obrazy termiczne mogą być wykorzystywane do wykrywania wczesnych stadiów rozwoju grzybów glebowych.
Mapowanie tekstury gleby
Właściwości gleby, takie jak tekstura gleby, mogą wskazywać na jakość gleby, co z kolei wpływa na wydajność upraw. Obrazy termowizyjne z dronów mogą określić ilościowo teksturę gleby, mierząc różnice w temperaturze powierzchni ziemi we względnie jednorodnych warunkach klimatycznych.
Mapowanie resztek i uprawy
Resztki pożniwne są niezbędne w ochronie gleby, ponieważ zapewniają na polach rolnych warstwę ochronną, która chroni glebę przed wiatrem i wodą. Dokładna ocena resztek pożniwnych jest niezbędna do prawidłowego wdrożenia praktyk uprawy konserwującej. Lotnicze obrazy termowizyjne mogą jasno wyjaśnić ponad 95% zmienności pokrycia resztek pożniwnych w porównaniu z 77% przy użyciu obrazów widzialnych i w bliskiej podczerwieni.
Mapowanie kafelków pola
Płytki odwadniające usuwają nadmiar wody z pól, co daje korzyści ekologiczne i ekonomiczne. Skuteczne monitorowanie odpływów kaflowych może pomóc rolnikom i podmiotom zarządzającym zasobami naturalnymi w lepszym łagodzeniu wszelkich negatywnych skutków środowiskowych i ekonomicznych. Mierząc różnice temperatur w polu, obrazy z drona termicznego mogą zapewnić dodatkowe możliwości mapowania kafelków pola.
Mapowanie dojrzałości upraw
Drony mogą być praktyczną technologią monitorowania dojrzałości upraw w celu określenia czasu zbiorów, zwłaszcza gdy nie można zebrać całego obszaru w dostępnym czasie. Na przykład obrazy wizualne i podczerwone z drona z obszarów doświadczalnych jęczmienia w Lundavra w Australii zostały wykorzystane do mapowania dwóch głównych stadiów wzrostu jęczmienia i wykazały dokładność klasyfikacji wynoszącą 83,5%.
Mapowanie plonów
Rolnicy wymagają dokładnego, wczesnego oszacowania plonów z kilku powodów, takich jak ubezpieczenie upraw, planowanie wymagań dotyczących zbiorów i przechowywania oraz budżetowanie przepływów pieniężnych. Zdjęcia z drona są wykorzystywane do oszacowania plonów i całkowitej biomasy upraw ryżu w Tajlandii. Zdjęcia z dronów przewidują również plony ziarna kukurydzy na wczesnych i środkowych etapach wzrostu upraw w Niemczech.
Wyzwania
Wdrożenie dronów w PA wiąże się z kilkoma wyzwaniami:
- Kamery termowizyjne mają słabą rozdzielczość i są drogie. Cena waha się od 2000 do 50 000 USD w zależności od jakości i funkcjonalności, a większość kamer termowizyjnych ma rozdzielczość 640 pikseli na 480 pikseli.
- Na termowizyjne obrazy lotnicze może mieć wpływ wiele czynników, takich jak wilgoć w atmosferze, odległość fotografowania oraz inne emitowane i odbite źródła promieniowania cieplnego. Dlatego kalibracja czujników powietrznych ma kluczowe znaczenie dla uzyskania naukowo wiarygodnych temperatur powierzchni obiektów.
- Na odczyty temperatury przez czujniki powietrzne mogą mieć wpływ etapy wzrostu upraw. Gdy rośliny są małe i rzadkie na początku sezonu wegetacyjnego, na pomiary temperatury może mieć wpływ współczynnik odbicia od powierzchni gleby.
- W niesprzyjających warunkach pogodowych, takich jak ekstremalny wiatr, deszcz i burze, wdrożenie dronów w zastosowaniach PA jest dużym wyzwaniem. W takich warunkach drony mogą zawieść w swoich misjach. Dlatego małe drony nie mogą działać w ekstremalnych warunkach pogodowych i nie mogą nawet dokonywać odczytów w takich warunkach.
- Jednym z krytycznych wyzwań jest zdolność lekkich dronów do przenoszenia dużego ładunku, co ogranicza zdolność dronów do przenoszenia zintegrowanego systemu, który obejmuje wiele czujników, kamery o wysokiej rozdzielczości i kamery termowizyjne.
- Drony mają krótką żywotność baterii, zwykle poniżej 1 godziny. Dlatego ograniczenia mocy dronów są jednym z wyzwań związanych z używaniem dronów w PA. Innym wyzwaniem, gdy drony są używane do pokonywania dużych obszarów, jest konieczność wielokrotnego powrotu do stacji ładującej w celu naładowania.