Дрон вместо трактора. Вспахивает земли и распыляет

Что означает применение дронов в сельском хозяйстве? В первую очередь это роботизация производственных процессов, упрощение работ, производимых человеком вручную, и значительное сокращение времени и затрат. Роботизация сегодня необходима многим производствам в условиях соперничества между товаропроизводителями на рынке за более выгодные условия производства и сбыта товаров для получения на этой основе максимального показателя прибыли. В качестве инструментов роботизации используются новейшие программные обеспечения, IT системы и дроны. Последние призваны буквально заменить человеческий труд, оставив сложные задачи полностью на плечах реализации машин.

Во время полетов беспилотные летательные аппараты с помощью камер и датчиков способны в автоматическом режиме облетать угодья, оценивать их количество и качество, выявлять проблемные участки и прогнозировать рост. Сельскохозяйственные дроны предлагают создание электронных карт полей NDVI и RGB, чтобы оценить состояние культ и определить необходимость удобрения культур, в каком количестве и каких единиц. Кроме того, дроны осуществляют инвентаризацию земель и выращиваемых культур и охраняют сельхозугодья.

Дроны распыляют. Как это?

Агрохимическая обработка сельскохозяйственных угодий является одной из обязательных задач у аграриев. До внедрения специализированной сельскохозяйственной малой авиации агрохимическая обработка выполнялась наземным способом. Он актуален и сегодня, но лишь на малых производствах и площадях. На больших площадях наземные работы возможны, но они малоэффективны. Первая проблема связана со временем, которого нет.

Так, для достижения наибольшего эффекта от проводимых защитных мероприятий, обработку необходимо проводить в крайне сжатые сроки. С помощью опрыскивателей и тракторов на это может уйти от недели и более. Малой авиацией это делать быстрее, но значительно дороже. Например, один вылет на вертолете может обойтись до 50 тыс. рублей. Это не считая бензина, хранения и обслуживания воздушных судов. Готовым решением является переход на так называемую роботизацию процессов с применением беспилотных летательных аппаратов. Их использование включает в себя целый ряд преимуществ.

• Дроны более точно осуществляют обработку площадей. Это происходит за счет того, что, во-первых, беспилотник способен лететь максимально низко над объектами, распыляя вещества направленно. Капля при таком способе внесения мельче, чем при наземном или с использование вертолета, который не может опускаться ниже определенной отметки.
• Посевы не травмируются при обработке с дронами ввиду того, что капля регулируема и может быть как направленной, так широкой для распыления на квадрате. В случае наземной техники струя из автомата бьет по земле, листьям и стеблям, нарушая их целостность.
• Дроны способны удобрять не только жидкими веществами, но и твердыми, тем самым они объединяют в себе сразу несколько устройств или установок.

Экономия человеческих ресурсов

Наибольшее распространение беспилотная авиация получила в Северной Америке и Японии. В США используется почти половина от общего числа агродронов. Ежегодный прирост наблюдается в странах Восточной Азии и Австралии. А Япония сегодня является передовиком технологий в использовании не только дронов, но и искусственного интеллекта и машин. Практически все фермы в стране оснащены комплексами с порядка 30 единиц беспилотников. В период с 2016 по 2019 год количество гектаров, обрабатываемых дронами, увеличилось в 55 раз, а число зарегистрированных беспилотных воздушных систем для опрыскивания угодий выросло до 1800 единиц.

Все это говорит о том, что тенденции сохраняются и по сей день, особенно с учетом развития рынка беспилотных летательных аппаратов и расширения возможностей регулирующих органов для их применения с большей грузоподъемностью.

Внедрение беспилотных летательных аппаратов в Японии - это не просто еще один пример того, что страна опережает события. Сокращение населения, уход молодых людей в город означает, что для выполнения сельскохозяйственных задач нужны меньшее количество человеческой силы, в то время как относительно небольшая площадь суши в Японии означает, что мелкомасштабные сельскохозяйственные операции распространены.

Что же касается крупных континентов, затраты на эксплуатацию дронов всегда ниже труда наемных рабочих. Но если в Африке, как стране со слабой экономикой и низкой оплатой труда, экономия на технологиях незначительна, то в США этот показатель значительно меньше.

По данным экспертов, эффективность работы БПЛА при обработке удобрениями по меньшей мере в 25 раз превосходит ручной труд. В том же Китае всего 7% сельскохозяйственных угодий мира, но страна обеспечивает продуктами питания треть населения планеты. Дроны же в Китае доступны не только для продажи, но и для их аренды.

Плюсы использования дронов для распыления и сельскохозяйственных беспилотников

• Беспилотные летательные аппараты более эффективны в районах со сложным рельефом, в горах или во впадинах, и на особо крупных площадях (площадь среднего фермерского хозяйства в Центральной России может составлять до 60 га; на юге страны они достигают 1500 га). В таких случаях вертолеты и тяжелая техника более затратна, эффективность ручного труда снижается;
• Дроны эффективно работают в условиях высокой влажности. В этих местах использование наземной техники затруднено ввиду сложной проходимости по мягкой влажной почве;
• Полет дронов проходит на более низких высотах, что обеспечивает более высокую точность распыления, опрыскивания. Кроме обычного опрыскивания с помощью дронов применяется технология УМО (ультрамалообъемного опрыскивания) при полетах на низких высотах. За счет точного нанесения экономится расход химикатов, минимизируется вред для окружающей среды и повышается эффективность распыления.
• Перед процедурой обработки/опрыскивания дроны способны строить точные модели площадей, цифровые изображения с подсчетами и анализом по точечной обработке. Это позволяет в дальнейшем точно посчитать количество необходимых удобрений, их виды и расходы на их приобретение. Это также позволит “не нагружать” почву лишней химией, добиваясь при этом более высоких результатов выращивания культуры, чем при традиционных подходах.
• Дроны в отличие от наземной техники позволяют полностью сохранить урожай от случайного “вытаптывания”. В среднем до 7% посевов подвержены гибели после работ на участках наземной техники.
• Беспилотники можно использовать днем и ночью. Это в первую очередь не наносит урон полезным насекомым, которые в ночное время прячутся. Во-вторых, увеличивается продолжительность работ, быстрее происходят обработки посевов.
• С помощью дронов можно обрабатывать до 20 га в час (например, DJI Agras MG-1 с баком 10 литров/кг способен обработать до 4 га угодий за вылет; DJI Agras T30 с баком 30 литров/кг обрабатывает до 18-20 га). За сезон двумя беспилотниками можно обрабатывать до 15 тыс. га.
• При необходимости ручного опрыскивания использование дронов повышает безопасность проводимых работ для людей. Из-за тесного и постоянного взаимодействия с химикатами человеческий организм отравляется. Работа дронами подразумевают работы не в полях, но на безопасном расстоянии от распылений и попадания едких веществ в организм.
• Дроны предлагают более современный подход к распылению и опрыскиванию, который активно применяется в ряде европейских стран.
• Беспилотные летательные аппараты дешевле чем пилотируемая авиация или дорогостоящая наземная техника.

Автоматизация — уверенный шаг в развитии дронов

Сельскохозяйственные дроны и беспилотники для распыления развертываются по всему миру. Разговоры о внедрении дронов в сферы логистики, на транспорт, сельское хозяйство и строительство, ведутся как на уровне промышленного сегмента компаниями, так и с госсекторе. Беспилотники действительно открывают новые возможности для компаний и производств. Это эффективность процессов мониторинга, инвентаризации, значительное снижение расходов, упрощение ведения работ и контроля за качеством до повышения производительности. Темпы внедрения БВС и автономной спецтехники на производствах растут, и по оценкам к 2025 году глобальный рынок коммерческих дронов может возрасти до до $130 миллиардов. 

Российские компании только вступают в эту нишу, а по данным на 2020 год, из 26 тысяч официально зарегистрированных Росавиацией беспилотных воздушных судов только около 7 тысяч предназначены для применения в промышленности.

Сельское хозяйство — одна из развитых сфер, где дроны применяются по всему миру. Лидером по внедрению беспилотников в агросферу является Япония. Учитывая репутацию страны как пионера технологий, неудивительно, что японские фермы являются одними из самых передовых в мире. Исследования Токийского университета науки показали, какое влияние оказывают беспилотные летательные аппараты по всем направлениям.

По всей Японии количество гектаров, обрабатываемых дронами, увеличилось в 45 раз в период с 2016 по 2018 год, при этом количество зарегистрированных беспилотных летательных аппаратов для опрыскивания сельского хозяйства выросло с 227 до более чем 1500. Все указывает на то, что эти тенденции сохраняются и по сей день, особенно в связи с крупными достижениями в области технологий беспилотных летательных аппаратов и увеличением возможностей для применения тяжелой полезной нагрузки со стороны регулирующих органов.

В Китае беспилотные летательные аппараты компании DJI совершают до миллиона вылетов в день. Представьте себе рой дронов, когда один аппарат совершает до 28 вылетов за сутки, а таких летает одновременно до 40 единиц. Аппараты обеспечивают не только аэрофотосъемку, но также опрыскивание растений химикатами и даже высаживают зерно. Дроны в Китае доступны в качестве услуги, то есть аренды, поэтому данное оборудование могут позволить себе даже мелкие крестьянские хозяйства, что в свою очередь существенно улучшает их экономику.

В Республике Эль-Сальвадор в Центральной Америке происходит и вовсе нечто необычное: над полями сахарного тростника в воздух поднимаются все больше сельскохозяйственных беспилотников. Крупные гексакоптеры несут на борту 20-литровые резервуары, заполненные удобрениями и пестицидами и следуют по заранее размеченным маршрутам, обрабатывая посевы. Потенциальная выгода составляет буквально “десятки процентов”. Несмотря на то, что в настоящее время большинство проектов носят тестовый характер, дроны охватывают существенную площадь: за утро аппараты обслуживают до 40 га территории. 

Дроны применяют все активнее на Украине и Белоруссии. По оценкам на июнь 2021 года общая плотность украинских полей, обрабатываемых дронами, превысила 1 млн га. Наиболее продвинутые модели дронов позволяют обрабатывать до 18 га в час, каждый дрон может обработать до 5 тыс га за сезон.

Дроны распыляют не только жидкость

Все так, и возможность автоматизировать распределение агрохимикатов с высокой степенью точности является огромным шагом в оцифровке сельского хозяйства и более разумном ведении сельского хозяйства. Новейший беспилотный летательный аппарат в линейке DJI Agras T30 имеет грузоподъемность 40 кг, скорость потока 50 кг в минуту и дальность распыления до 7 метров. Это приравнивается к потенциальному охвату 16 га в час и огромному повышению производительности для задач, требующих быстрого и точного распределения.

Наряду со своими размерами, весом в 24,6 кг и потенциальной взлетной массе 76,5 кг, AGRAS T30 оснащен сферическим всенаправленным радаром для поддержки обхода препятствий в горизонтальном и вертикальном направлениях, адаптации к местности и поддержания высоты. Система распыления T30 предназначена для ускорения распределения агрохимикатов с повышенной точностью. Компоновка с 16 соплами и расход до 8 литров в минуту в сочетании со скоростью и маневренностью T30 позволяют фермерам распылять до 16 га в час.

DJI Agras используют не только для удобрения пестицидами. Технологии позволяют распылять твердые вещества, в том числе комбикорма животным, твердые удобрения и даже распространять семена.

На ферме Kloubec Koi в Айове специалисты адаптировали беспилотный летательный аппарат DJI Agras для кормления рыбы площадью более 30 га. Решение было быстрым, эффективным и автоматизированным. В Занзибаре в качестве эксперимента применяли Agras MG-1 для снижения передачи малярии и инфекционных заболеваний. Беспилотниками опрыскивали рисовые поля, чтобы предотвратить отлет только что вылупившихся комаров. Команда исследователей DJI модифицировала беспилотный летательный аппарат, чтобы распределять жидкость более вязкую, чем обычные пестициды, в рамках решения, которое может иметь огромные последствия для самой смертоносной болезни, которую когда-либо знало человечество.

Факторы, сдерживающие распространение сельскохозяйственные дроны

Эти факторы значительно тормозят сферу, но по оценкам специалистов, существуют пути их решения.

• Беспилотные летательные аппараты как и любая иная автономная спецтехника требуют грамотного управления операторами БПЛА. То есть для компаний это подразумевает затраты на переподготовку, обучение и повышение квалификации сотрудников. Кроме того, использование БПЛА требует изучения наук программирования, а также обслуживания техники. Это негативно может отражаться на издержках потребителей, но несет результат в дальнейшей перспективе.
• Законодательство большинство стран ограничивает использование беспилотных летательных аппаратов любительского и промышленного сегментов. Ряд существующих ограничений препятствуют внедрению БЛА, работе дронов за пределами прямой видимости оператора, полетам в автономном режиме и отдельным применениям агродронов.

По сути обе проблемы достаточно просто и быстро решаемы, если понимать, что польза от дронов есть. Дроны для распыления и в целом для сельскохозяйственных нужд — это мощные инструменты, которые производства могут использовать для ускорения и автоматизации ручных процессов. Результатами же этой фунциональности с применение агродронов является заделом на современное, практичное и эффективное сельское хозяйство.

Автор: Кристина Волкова