Drony w rolnictwie – biznesowa inwestycja czy kosztowna konieczność?
Nowe technologie mogą sprawiać wrażenie kosztownych ale zbędnych zabawek, także w rolnictwie. Co nowego można wymyślić w dziedzinie rozwijanej od kolebki ludzkości? Po co zmieniać coś, co było ulepszane od setek pokoleń i działa lepiej niż kiedykolwiek?
Drony w rolnictwie pojawiły się stosunkowo niedawno. Początkowo przypominając możliwościami loty załogowe czy zdjęcia satelitarne stosowane wcześniej.
W jaki sposób inwestycja rolnika w technologie dronowe może pomóc mu lepiej zarządzać posiadanym gospodarstwem, a nie być tylko kosztownym wydatkiem związanym z “obowiązkową” modernizacją?
Jak drony zbierają dane?
Inwestycji i modernizacji nie dokonuje się dla samego faktu ich dokonania. Potencjał dominujących technologicznie narzędzi leży możliwościach, które dostarczają. I które potem przekładają się na konkretne efekty dla gospodarstwa.
Siła nowych technologii leży w danych – rodzaju, jakości i szybkości dostarczanych rolnikowi informacji.
Człowiek zajmuje się rolnictwem od tysiącleci. Wiedza o uprawie ziemi, którą rolnicy przekazują sobie od pokoleń nie zmienia się dynamicznie. Zmieniają się technologie, ale działania podejmowane przez rolników pozostają niezmienne – orka, nawożenie, zasiew, opryski…
To, co najbardziej ogranicza możliwości rolnika to wiedza o tym, co dzieje się z jego uprawami. Ile nawozu zastosować, którym obszarom brakuje wody, kiedy i gdzie zaatakowały szkodniki.
Brak takiej wiedzy skutkuje decyzjami podjętymi na podstawie domysłów i założeń, nie faktów, często z dużą zwłoką (lub gdy jest już za późno).
Firma SlantRange opisuje sposoby zbierania informacji z pola i kategoryzuje je pod względem dwóch czynników – dostępności dostarczanych danych i ich dokładności.
- Nadzór ludzki – inspekcja człowieka w polu dominuje nad resztą technik pod kątem dokładności ze względu na jego szeroką wiedzę i doświadczenie oraz precyzję takiego osobistego badania roślin. Największym ograniczeniem jest jednak słaba skalowalność – człowiek fizycznie nie da rady w rozsądnym czasie dokładnie zbadać wielohektarowych użytków, nie mówiąc już o przyjrzeniu się każdej roślinie z osobna.
- Czujniki rolnicze – mogą być na szeroką skalę rozmieszczone nawet na dużych obszarach, a co za tym idzie, dokładniej badać parametry pola. Mają jednak ograniczone zastosowanie, jak wilgotność gleby, pH czy optyczne badanie parametrów gleby.
- Drony – z całym arsenałem dostępnych kamer i czujników oraz swoją mobilnością, optymalnie balansują między ilością i jakością zbieranych danych a szybkością ich zbierania z dużych obszarów.
- Loty załogowe i satelity – ze względu na większy koszt, mniejszą szybkość zbierania danych i gorszą precyzję pomiarów, mimo szerokiego zastosowania, plasują się za technologiami bezzałogowych statków lotniczych.
Rolnictwo precyzyjne – zmienne parametry
Nadzór pola z pomocą dronów umożliwia podejmowanie bardzo dokładnie wymierzonych działań, w krótszym niż kiedykolwiek czasie.
Nalot dronem ze specjalnie dobraną kamerą lub zestawem czujników dostarcza wyczerpujących informacji na temat wilgotności gleby, stężenia nawozów i mikroelementów, rozwoju roślin, występowania chorób, szkodników i chwastów czy dojrzałości plonów.
W przypadku niektórych rodzajów upraw możliwe jest nawet przeprowadzenie dokładnej inspekcji pojedynczych roślin. Na przykładzie winnicy – dron z kamerą dokonuje przeskanowania całej plantacji, winorośl po winorośli. Następnie generowany jest dokładny raport w postaci mapy z oznaczonym stopniem krzewów z dojrzałymi owocami.
Wykorzystując informacje z mapy, właściciel winnicy może selektywnie dokonać zbiorów z roślin do tego gotowych. W ten sposób wyeliminowany został problem nierównomiernego dojrzewania i gorszej jakości zebranych owoców różniących się między sobą.
Tego typu mapy można wykorzystać także przy innych roślinach, np. do selektywnego aplikowania nawozów, badania melioracji gleby i dostosowania upraw do odpowiedniej wilgotności czy zwalczania rozwijających się chorób.
Digitalizacja rolnictwa analogowego
Dzięki szczegółowym danym i raportach opartych o wnioski z ich analizy, rolnik może zwiększyć efektywność swojego gospodarstwa na dwa sposoby.
Pierwszy z nich to zmniejszenie wydatków na nawozy. Dzięki zbadaniu stanu rozwoju roślin w różnych rejonach pola, rolnik może wyliczyć odpowiednią ilość nawozu, której potrzebują (lub nie potrzebują) uprawy.
Do tej pory rolnik na podstawie ograniczonej ilości informacji dokonywał szacunków o ilości nawozu. W ten sposób niektóre rośliny dostawały go za mało do prawidłowego wzrostu, a inne zostawały przenawożone.
Drugim źródłem optymalizacji gospodarstwa jest maksymalizacja plonów. Dzięki precyzyjnej aplikacji nawozów rolnik minimalizuje straty w roślinach i zwiększa obfitość plonu, dzięki czemu zarobi więcej po zbiorach.
Wskaźnik NDVI – kamery multispektralne
Jednym ze wskaźników dostarczanych rolnikom przez technologie dronowe jest NDVI (ang. Normalized Difference Vegetation Index – Znormalizowany Różnicowy Wskaźnik Wegetacji) czyli wskaźnik wegetacji roślin. Kamera multispektralna bada natężenie światła odbitego i pochłoniętego w pasmach podczerwieni i czerwieni.
Na jego podstawie można wykrywać żywe, zielone części roślin oraz te rośliny, które z jakiegoś powodu nie rozwijają się prawidłowo.
Dane te wykorzystuje się do znalezienia przyczyny nieprawidłowego rozwoju, zaaplikowania odpowiedniej dawki odpowiedniego nawozu lub oprysku, zaplanowania upraw w kolejnych latach czy wykrycia nieprawidłowości w melioracji pola. Wszystkie te działania prowadzą do oszczędności na wydatkach oraz maksymalizacji zysków z plonów.
Nadzór nad pojedynczymi roślinami
Dzięki precyzyjnym kamerom oraz modułom GPS, drony są w stanie dokonać inspekcji pojedynczych roślin. Taka inspekcja to nie tylko informacje o gotowości plonów do zbioru, ale także szczegółowa wiedza o rozwoju i możliwość podjęcia precyzyjnie wymierzonej akcji.
Kombinacja danych z kilku rodzajów czujników może służyć do wykrycia roślin o podwyższonym poziomie stresu, nierównomiernym wzroście czy wystąpieniu szkodników.
Na przykładzie winnicy, niektóre winorośle mogą wydawać więcej liści w porównaniu do innych. W efekcie, winogrona z jednej uprawy będą różnić się wystawieniem na słońce, a w efekcie stopniem dojrzewania, słodyczą i smakiem. Wykrycie takich anomalii i odpowiednia reakcja pozwolą uzyskać jednorodny materiał do stworzenia wysokogatunkowego wina.
Zalety dronów w rolnictwie
- szybkość zbierania danych – raport po przeskanowaniu pola dostępny jest do 24h od przetworzenia, a w niektórych wypadkach nawet natychmiast,
- ilość zbieranych danych – dzięki całej gamie kamer i czujników drony nie są ograniczone do zbierania jednego czy kilku podstawowych parametrów,
- automatyzacja – coraz więcej czynności związanych z uprawą człowiek może powierzyć maszynie, od monitoringu upraw, po dokonywanie oprysków czy odstraszanie zwierzyny,
- zdalne operacje – dzięki automatyzacji i sztucznej inteligencji, większość operacji wykonywanych dronami odbywa się zdalnie, bez konieczności poruszania się po całej powierzchni pola,
- precyzja – pomiary dokonywane przez bezzałogowce mogą dotyczyć nawet pojedynczych roślin,
- szybkość reakcji – dzięki szerokiemu oglądowi i monitoringowi pola, rolnik może reagować na zachodzące procesy czy szkody błyskawicznie, w ciągu dni lub godzin, nie tygodni,
- mobilność – bezzałogowe statki powietrzne mogą przemierzać wielohektarowe użytki w krótkim czasie, startując i lądując w miejscach, gdzie inne metody miałyby trudny lub niemożliwy dostęp.
Sztuczna inteligencja w rolnictwie
Drony w rolnictwie to nie tylko nowoczesne czujniki i generowanie map z wskaźnikami. To także wysoko wyspecjalizowane algorytmy sztucznej inteligencji (AI), która wspomaga lub zastępuje działania człowieka.
Coraz większy dostęp do coraz większej ilości danych o doskonałej jakości sprawia, że do rolnictwa dużymi krokami wkraczają algorytmy uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji. To owocuje np. potencjałem zautomatyzowania czasochłonnych i powtarzalnych czynności wykonywanych przez rolnika, lub wyuczeniem zależności i procesów w rozwoju roślin wykraczających poza najlepsze doświadczenie rolników.
W przyszłości takie zdigitalizowane gospodarstwo może wymagać jedynie minimalnej ingerencji rolnika. Drony będą automatycznie dokonywały oblotów i skanowań gruntów i upraw, decydowały o momencie zasiewu, oprysków czy zbiorów, a następnie koordynowały pracę reszty zautomatyzowanego sprzętu rolniczego. Wszystko dla maksymalizacji zysków i oszczędności rolnika oraz wygody jego pracy.
Nadzór upraw dronami – inwentaryzacja pola
Precyzyjne loty dronami pomagają nie tylko podejmować konkretne akcje ale również prowadzić inwentaryzację i monitoring, np. w przypadku lasów lub sadów. W dużych sadach o nawet kilkudziesięciu tysiącach drzew różnych gatunków w różnym wieku, sadownikom często brakuje dokładnej wiedzy o posiadanych roślinach.
Dron z odpowiednią kamerą może dokonać analizy liczby drzewek, skategoryzować ich gatunek, ocenić wiek i rozmiar korony, zbadać stan ich zdrowia oraz oszacować plony z całości upraw.
Monitoring i analiza szkód z bezzałogowca
Dzięki regularnemu monitoringowi rolnicy mogą nie tylko na bieżąco optymalizować wzrost roślin ale także wykrywać to, czego każdy z nich chciałby uniknąć – szkód.
W przypadku zarówno szkód łowieckich i rolniczych im szybciej rolnik się o nich dowie, tym lepiej może zareagować. W przypadku wystąpienia szkodników, suszy czy szkód wyrządzonych przez dziką zwierzynę, ortofotomapa wykonana z drona pozwoli opracować miejsce wystąpienia zniszczeń, ich rozmiar i dotkliwość, zaplanować działania naprawcze oraz przygotować i zabezpieczyć uprawy na przyszłe lata.
Same mapy mogą być dołączone do dokumentacji jako dowód wystąpienia zniszczeń i precyzyjne oszacowanie strat. W ten sposób rolnik może zmaksymalizować swoje szanse na uzyskanie właściwego odszkodowania od koła łowieckiego czy ubezpieczyciela.
Przyszłość technologii i rolnictwa?
Przy obecnych trendach spodziewamy się (a właściwie jesteśmy pewni) dalszego intensywnego rozwoju digitalizacji rolnictwa.
Możliwości i zastosowania czujników będą dalej rozwijane, a dane przez nie zbierane integrowane do istniejących rozwiązań dostarczając jeszcze więcej cennych informacji o rozwoju upraw. Algorytmy sztucznej inteligencji, korzystając z zebranych danych będą wyciągać coraz dokładniejsze wnioski i zalecenia co do podejmowanych akcji.
Zautomatyzowane sprzęty będą coraz bardziej wyręczać człowieka i dokonywać czynności rolniczych w błyskawicznym tempie, z zegarmistrzowską precyzją. Skomplikowane systemy (np. systemy UAS) będą łączyć ze sobą technologie i sterować urządzeniami pracującymi jednocześnie.
Rola człowieka z czasem będzie odchodziła od zajmowania się wykonywanymi czynnościami i przechodziła do nadzoru i monitoringu działających systemów cyfrowych. Gospodarstwo działające w ten sposób będzie nastawione na optymalizację wydatków na usprawnienia, minimalizację kosztów związanych z uprawą i maksymalizację ilości i jakości otrzymywanych plonów.