Precyzyjne nawożenie, czyli mapa aplikacyjna z drona

W jaki sposób teledetekcja wykorzystywana jest w rolnictwie precyzyjnym i czym jest wskaźnik NDVI? Jak z pomocą drona badana jest kondycja roślin i czemu drony "widzą więcej" niż ludzkie oko? Dowiedz się, czym jest mapa aplikacyjna i czemu pozwala ograniczyć koszty prowadzenia upraw.

Badanie kondycji roślin metodami teledetekcyjnymi

Teledetekcja opiera się na wykorzystywaniu zdolności do odbijania, absorbowania i przepuszczania przez obserwowane obiekty fal elektromagnetycznych. Do badań wykonywanych z niskiego pułapu najczęściej stosuje się czujniki pasywne, czyli takie, które rejestrują fale wysyłane przez naturalne źródło promieniowania – Słońce.

Rośliny w szczególny sposób odbijają fale elektromagnetyczne, co spowodowane jest przez kilka czynników, głownie są to: woda, barwniki i celuloza.

Fale widzialne (400-700nm) kontrolowane są przez zawarte w liściach barwniki jak chlorofil czy karotenoidy. Dla chlorofilu maksimum absorbcji zachodzi dla niebieskiej i czerwonej części widma. Odbicie zaś jest największe dla fal odpowiadających barwie zielonej, z czego wynika odbieranie przez ludzi barwy liści jako zielonej. Ludzkie oko nie dostrzeże natomiast kondycji struktury wewnętrznej liścia, która wpływa na fale podczerwone, będące poza zakresem widma światła widzialnego. Dla bliskiej podczerwieni – NIR (780nm-1400nm) warstwy zewnętrzne roślin są przezroczyste, co umożliwia im wnikanie w głąb struktury.   

Ze względu na szczególny charakter odbijania przez rośliny fal promieniowania czerwonego (absorbcja) i bliskiej poczerwieni (odbicie), stworzono szereg wskaźników wykorzystujących te fale do badania kondycji roślin. Najpopularniejszym z nich jest NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – znormalizowany wskaźnik zieleni. Zawiera się on w przedziale od -1 do 1, gdzie wartości ujemne odpowiadają obszarom pozbawionym roślinności, a wartości dodatnie są zdeterminowane przez gęstość roślinności i jej wigor. 

NDVI w praktyce

Właściwości odbicia promieniowania przez rośliny mogą zostać wykorzystane w praktyce do celów rolniczych: przy ocenie kondycji roślin i planowaniu nawożenia.

Do obliczenia wskaźnika potrzebne są wspomniane wcześniej pomiary odbicia promieniowania czerwonego i NIR. Rejestruje się je w postaci zdjęć za pomocą czujników spektralnych umieszczonych na satelitach lub samolotach. W przypadku pomiarów z drona,  wykonywane zobrazowania pozbawione są wpływu atmosfery na rozpraszanie fal, a niska wysokość lotu pozwala na uzyskanie wysokiej rozdzielczości. Z pojedynczych zobrazowań tworzona jest ortofotomapa i obliczany jest wskaźnik NDVI.

Gotowe kolorowe zobrazowania przedstawiające wartości wskaźnika są już przydatne pod względem wizualnej analizy badanych terenów. Umożliwiają wyznaczenie obszarów pola wymagających szczególnej uwagi np. niedostatecznie nawożonych.

Wykorzystanie wskaźnika do tworzenia map aplikacyjnych

Po wykryciu przyczyny obniżenia kondycji roślin, kolejnym krokiem może być stworzenie mapy aplikacyjnej. Służy ona do stosowania zmiennego dawkowania nawozów, co jest podstawowym elementem rolnictwa precyzyjnego.  Zawiera informacje o stanie roślin i planowanych optymalnych ilościach nawozu do ich odżywienia.

Korzyści płynące z wykorzystania mapy aplikacyjnej:

  • Prawidłowe odżywienie roślin, równomierne na całym polu,
  • Ograniczenie kosztów – optymalne dawki nawozu rozrzucane są precyzyjnie, co pozwala zaoszczędzić na produkcie,
  • Szybsza praca,
  • Zmniejszenie negatywnych wpływów rolnictwa na środowisko

Tworzenie mapy aplikacyjnej złożone jest z następujących etapów:

  1. Nalot – w trakcie którego wykonywane są zdjęcia nad zadanym polem.
  2. Przetwarzanie zdjęć – z zebranych zdjęć tworzona jest ortofotomapa. Dzięki odbiornikowi GNSS zamontowanemu na pokładzie samolotu, powstała ortofotomapa wpasowana jest w układ współrzędnych geograficznych.
  3. Obliczenie wskaźnika NDVI – obliczany jest wskaźnik wegetacji roślin.
  4. Generowanie mapy aplikacyjnej – na podstawie wartości wskaźnika NDVI, badany teren dzielony jest na obszary wymagające większej lub mniejszej dawki nawozu. Wartościom wskaźnika przyporządkowywane są zadane ilości nawozu.
  5. Wgranie mapy aplikacyjnej do nawigacji rolniczej i nawożenie.

Posiadając nawigację rolniczą i rozsiewacz nawozu, wykorzystanie mapy aplikacyjnej jest bardzo proste. Wystarczy zlecić  jej wykonanie specjalistom i uzgodnić pożądane ilości nawozu. Otrzymaną mapę należy wgrać do nawigacji, a  maszyna zajmie się resztą.

Chcesz precyzyjnie nawozić?

Stworzymy dla Ciebie mapę aplikacyjną!

Projekt NCBR zakończony sukcesem!

ekoSKY – innowacyjny samolot zaprojektowany i zbudowany przez polskich inżynierów

27 czerwca 2019 r. na lotnisku w  Szymanowie k. Wrocławia zaprezentowano wyniki projektu pt. “Opracowanie innowacyjnego systemu powietrznego typu VTOL służącego do monitorowania obszarów rolnych, leśnych oraz krajobrazu”. Projekt realizowany  od 01.09.2017 do 30.06.2019 był dofinansowywany z Funduszy Europejskich za pośrednictwem Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Całkowita wartość projektu to   1 938 473,66 zł w tym dofinansowanie 1 494 434,22 zł. Projekt zrealizowała spółka BZB UAS z Wrocławia, część prac badawczych prowadził Uniwersytet Przyrodniczy z Wrocławia oraz Politechnika Wrocławska.

Głównym celem projektu było opracowanie innowacyjnego systemu powietrznego typu VTOL (pionowego startu i lądowania) służącego do monitorowania obszarów rolnych, leśnych oraz krajobrazu, który pozwoli na wykonywanie przynajmniej 3 godzinnych misji lotniczych. Celem badawczym natomiast  uzyskanie kompleksowej wiedzy na temat oceny stanu roślinności z wykorzystaniem statku powietrznego wyposażonego w kamerę multispektralną.

Prace prowadzone były dwutorowo. Zaprojektowano cały system m.in. samolot, elektronikę – która znajduje się w jego wnętrzu oraz stację bazową. W  kolejnych miesiącach  przeprowadzano serię testów opracowanych rozwiązań.

Strukturę poszycia statku stanowi kompozyt. Konstrukcja została poddana obliczeniom numerycznym oraz badaniom wytrzymałościowym, z pomocą Politechniki Wrocławskiej zbadano również kompatybilność elektromagnetyczną systemu.

Jednocześnie prowadzono wraz z Uniwersytetem Przyrodniczym badania rolnicziczo-przyrodnicze, na wytworzonych wcześniej przez spółkę samolotach wyposażonych w kamerę multispektralną. Badano stan rozwoju drzew, warzyw oraz zbóż w województwach dolnośląskim i opolskim. Sprawdzano korelację między wskazaniami czujników a tradycyjnymi metodami pobierania danych. W rezultacie, ekoSKY umożliwia  określenie stan rozwoju roślin i zastosowanie w rolnictwie zmiennego nawożenie – gdyż do map stworzonych przez system przypisywana jest geopozycja – a ta wgrana w postaci mapy do ciągnika rolniczego wskazuje miejsca braków nawozu  i umożliwia odpowiednie dawkowanie potrzebnych mikroelementów/ makroelementów przez rozrzutnik.

Spółka przeprowadziła też badania przy współpracy z Dyrekcją Regionalną Lasów Państwowych w Zielonej Górze mające na celu określić stan zdrowia drzew.

Realizacja projektu spełniła oczekiwania pomysłodawców i osiągnięto założone cele.

System będzie komercjalizowany i pozwoli na wprowadzenie znacznych oszczędności w produkcji roślin a także przyczyni się do ochrony środowiska.