Оперативне отримання інформації керівником господарства або фермером гарантує своєчасне прийняття ним управлінського рішення. Тому, без сумнівів, що інформація повинна бути своєчасною та охоплювати якомога більшу територію полів і виробничих підрозділів агрокомпанії. Одним із потужних інструментів для цього у світі вже визнано безпілотні літальні апарати або дрони. В США, Німеччині, Франції та Ізраїлі сьогодні розвивають новий напрям моніторингу, який відповідає вимогам сучасних господарств: аерофотозйомку за допомогою безпілотників або БАК (безпілотних авіаційних комплексів).
Що маємо, і чому в Європі та США
У світі представлені розробки щодо використання ДКЛА (дистанційно керований літальний апарат людиною) та БЛА (безпілотний літальний автоматичний апарат) у наукових та цивільних цілях. Іспанці Р. Балестерос і ДЖ. Ортега у 2014 році використовували для оцінки стану рослинності квадрокоптери на модельних дослідах. Польоти виконувалися в автоматичному режимі. В якості оптики для фотографування посівів сільгоспкультур було використано звичайну фотокамеру. Метою роботи було проведення оцінки рослинності за допомогою Leafareaindex (LAI) «індексу площі листа» на зрошенні в деяких районах Іспанії та пошуку взаємозв’язків між LAI та Greencanopycover (GCC) — індексу зеленості. Дослідниками запропоновано наступний алгоритм виконання роботи: спочатку використовували перетворення цифрових значень у рівняння LAI із наступним його аналізом та «навчання» моделі ANN з метою автоматичного визначення стану рослинності. За даними авторів, якщо використовувати тільки малу частину знімку для аналізу, втрачається зв’язок із ґрунтовим покривом та мікрорельєфом на полі. Можливо, для зрошення на малих ділянках в Іспанії цей момент не є вирішальним, але не для ситуації із площами полів України.
Використання моделі RGB для наступного аналізу спонукало авторів використовувати носії із більшим корисним навантаженням. Загальний огляд носіїв провели американці І. Коломіна, П. Моліна у 2014 році. Вони провели огляд розвитку та використання ДКЛА, БЛА у різних сферах суспільства. За їх даними у період із 2005 по 2013 рр. в світі було розроблено понад 1700 різних комплексів ДКЛА та БЛА. Тобто йде зростання виробництва таких апаратів. Серед технічних описів їхньої роботи простежується висновок, що використання аеродинамічної платформи типу літаюче крило найбільш пристосоване для сільського господарства.
За їх думкою, найбільш привабливими для використання в агробізнесі є сенсори типу CDD (або RGB камери), а тип апарату — фіксоване крило, підтип якого літальне. За основними висновками авторів — найбільш велика цивільна ніша використання таких апаратів — сільське господарство.
Іншими дослідниками з Малайзії Н. Дарвін, Н. Хамід, Н. Юдин у 2013 році у Куала Лумпур (Малайзія) проведено дослідження щодо використання різного типу платформ та сенсорів на валідність (достовірність) отриманих даних із CCD сенсорів (модель RGB), на базі Canon PowerShot SX230. Валідація проводилася на різних природних об’єктах як із впливом оператора, так і без нього. Автори проводили доволі значний обсяг калібрувальних робіт камери, в полі, лабораторії та тестових польових перевірок. Вони зазначили, що найбільш привабливе калібрування камери в полі, бо саме вона надає найбільш точні результати. Похибки сенсору становлять не більше ніж ΔX ±0.004 ΔY ±0.006 ± ΔZ 0.002 за його напрямками.
Схоже дослідження проводилося у 2011 р. Х. Ейсіблейсом (США). Він наводить графік іншого дослідника, який свідчить про широкі можливості використання UAV photogrammetry для різного розміру об’єктів.
У точності фотограмметрії БЛА поступаються тільки фотозйомці зі супутників, але переважають їх у розмірах об’єктів та площ. Автор приходить до висновку, що картування місцевості за допомогою таких платформ має певні економічні переваги, в тому числі й в аграрному секторі.
Грецькі дослідники Іоанна Сімелі та Апостолос Цагаріс у 2015 році проводили дослідження щодо використання їх для розрахунку вегетаційних індексів. Перевірялися усі системи, які зазвичай використовують у таких комплексах. Однак увагу заслуговує саме та частина дослідження, яка відповідає за розрахунок та використання отриманої інформації із ДКЛА. Автори зазначають, що спираючись на думку інших дослідників та на власний досвід про великі перспективи й доцільність таких досліджень, вони використовували два сенсори (тепловійну та камеру RGB) і розраховували індекси для трьох сільськогосподарських культур (рису, соняшнику та пшениці). Критично аналізуючи їх роботу, зазначимо, що дослідження проводили лише протягом двох тижнів (у серпні), не враховуючи фази розвитку посівів сільгоспкультур та їх особливості росту. Вегетаційні індекси не можуть візуально передати реакцію рослин на застосування пестицидів, добрив. Вони планували, проводивши тури зйомки після обробки пестицидами, та одразу розраховували нормалізований вегетаційний індекс. Зйомка була зроблена на польовому досліді, що опосередковано говорить про неможливість використання квадрокоптерів та їх клонів на великих територіях (об’єктах дослідження).
Діагр 1. Точність (вісь ординат), розмір об’єкта (вісь абсцис) за Luhmann, 2006 р.
Азійський фокус
Колектив китайських авторів під керівництвом Гуджін Янга у 2017 році провів велику роботу з систематизації та обробки даних декілька десятків ДКЛА та БЛА різних моделей та модифікацій, порівнюючи їх зі справжніми носіями сенсорів для дистанційних вимірювань. Серед основних проблемних питань виділено:
а) на жаль, існує недостатня валідація для польових фенотипізацій із боку БЛА з великою кількістю сортів сільськогосподарських рослин. Існує різниця для точності польових фенотипів під час використання ДКЛА;
б) обмежувальні фактори для ідентифікації рослин залежать від технічних можливостей БЛА та включають низьку здатність БЛА до довготривалих польотів, суворе регулювання повітряного простору, відсутність методів швидкої обробки даних та моделі для оцінки складних рис за різних природних умов;
в) неможливість надання рекомендацій стосовно азоту з урахуванням великої кількості сортів сільськогосподарських посівів одного роду. Розробка стратегій аналізу фенотипу різних культур за допомогою дистанційного зондування — це майбутні тенденції. Хоч зауважено, що існує потенціал для ширших застосувань щодо польових фенотипів на базі БЛА за умови поліпшення безпілотних літальних апаратів: збільшення корисної завантаженості та подовження їх витривалості, здешевлення датчиків, вдосконалення методів обробки зображень для «великих» даних та удосконалення юридичних норм використання ДКЛА у повітряному просторі України.
Італійські розробники С. Джордже, І. Інамасу, Б. Карно у 2011 році використовували для зйомки гелікоптер. Вони зробили всю технічну частину власноруч та поєднали всі електронні компоненти. Застосовувався гелікоптер для оперативної зйомки з метою вирішення питань точного землеробства в різних частинах Італії, для внесення удобрень та пестицидів. Автори наголошують на перспективі використання цифрових камер із застосуванням моделі RGB та вказують на результати своїх попередників Przybilla і Wester-Ebbinghaus, що використовували вперше БЛА для вирішення питань фотограмметрії (масштаб знімку 1: 1000, швидкість затвору камери 1/1000 сек.). Окремо дослідники приділили увагу розповсюдженню внесенню добрив у світі за допомогою ДКЛА, найбільше в Японії (використовуються понад 200 гелікоптерів на радіокеруванні для обприскування посівів), Південній Кореї, Австралії, Франції, Англії, Італії, Німеччині, а також Ізраїлі і Південній Африці.
Українські варіанти
Розробки в Україні ведуться у напрямку збільшення використання ДКЛА в сільському господарстві. Це співпадає із позицією Національної аграрної академії наук, що говорить про безконтактний (дистанційний) моніторинг, а це має дозволити у майбутньому замінити вже наявні системи моніторингу ґрунтів. Загалом зазначимо, що є основні позитивні моменти, які дозволяють українським розробкам успішно конкурувати з іншими методами дистанційних досліджень. Найбільш важливою перевагою серед інших джерел дистанційного зондування є виконання аерофотозйомки (АФЗ) у визначений час, а саме кінцевим замовником зйомки, власником тощо. Серед інших переваг використання ДКЛА, БЛА назвемо:
- помірна або однакова ціна у зрівнянні з космічними знімками, за кращої якості знімка;
- отримання знімків можливе прямо в процесі польоту й періоду чекання (5-6 діб) не існує (якщо треба, можна скорегувати політ згідно з вимогами користувача в реальному часі);
- висока роздільна здатність знімків (до 5 см і менше) — висота польоту на висотах 100-600 м над поверхнею Землі, що дозволяє отримувати плани місцевості в масштабах навіть М 1:100;
- можливість зйомки під хмарами у видимому діапазоні електромагнітних хвиль;
- можливість зйомки тільки одного поля чи його частини.
Максим СОЛОХА, зав. лаб.,
ННЦ «Інститут ґрунтознавства
та агрохімії імені О.Н. Соколовського»
