לפני יותר ממאה שנים, בקיץ 1922, המריא משדה התעופה המטרופולין של חודינסקי מטוס עם ציוד לביצוע עבודות כימיות אוויריות באמצעות ריסוס נגד מזיקים ומחלות. טיסות ניסוי מוצלחות סימנו את תחילת התפתחות התעופה החקלאית.
כיום, לשימוש באמצעי תעופה שונים להגנת הצומח יש חשיבות כלכלית רבה, שכן הוא נותן אפשרות:
- ניטור מרחוק בקנה מידה גדול של גידולים חקלאיים;
- אמצעי הגנה בטווחים חקלאיים קצרים ובמקומות שקשה להגיע אליהם מפני מזיקים מסוכנים במיוחד (ארבה, עש אחו, מכרסמים דמויי עכבר, חיפושית תפוחי אדמה בקולורדו, צב מזיק) ומחלות (חלודה חומה, גידול מאוחר, אלטרנריוזיס);
- עיבוד אדמה עם לחות אדמה חזקה, כאשר ציוד קרקע אינו יכול להיכנס לשדה, במיוחד במאבק נגד עשבים שוטים;
- עיבוד יבולים גבוהים (תירס, חמניות) וזריעת גידולי זרעים;
- עיבוד שדות אורז;
- ייבושים;
– עיבוד יבולים במדרונות בעלי שיפוע של יותר מ-7 מעלות, בהם ציוד ריסוס קרקע אינו יכול לעבוד.
בברית המועצות, הבסיס של צי התעופה החקלאי היה ה-AN-2. נכון להיום, התפתחות התעופה החקלאית נעה לקראת הרחבה משמעותית של השימוש במטוסים אולטרה קלים (ALV) וכלי טיס בלתי מאוישים (מל"טים), שהם זולים בהרבה ממטוסים כבדים. בהתאם לכללי התעופה הפדרליים ולקוד האוויר של הפדרציה הרוסית, מכשיר (מטוס) נקרא אולטרה-לייט אם יש לו:
- משקל המראה מרבי לא יותר מ-495 ק"ג (לא כולל ציוד חילוץ תעופתי);
- מהירות כיול מקסימלית (מהירות טיסה מינימלית) לא יותר מ-65 קמ"ש.
כלי טיס בלתי מאוישים (מל"טים) כוללים כלי רכב שטיסותיהם נשלטות על ידי טייסים שנמצאים מחוץ ללוח (טייסים חיצוניים).
תכונות אופן השימוש הנכון במל"ט נקבעות לפי משקל ההמראה המרבי שלו:
- עד 250 גרם - אינם כפופים לרישום מדינה או חשבונאות;
- מ 250 גרם עד 30 ק"ג - כפופים לחשבונאות מדינה חובה;
- מ-30 ק"ג ומעלה - כפופים לרישום ממלכתי.
היתרונות החשובים של שימוש במל"ט ו-ALS הם:
- אין הפסדים מפגיעה ביבול על ידי גלגלים או מהצורך בשימוש בקווי חשמלית (בהשוואה לציוד קרקעי);
- יעילות גבוהה תוך הפחתת עלויות תפעול (בהשוואה למטוסים כבדים, שכן למטוסים אלו אין צורך בשדות תעופה מצוידים).
השימוש בכלי טיס בלתי מאוישים מסייע בפתרון המשימות הבאות:
- קבלת מידע מפורט על יצירת בסיס קרטוגרפי של קרקע חקלאית והצבת חפצים חקלאיים עם הקואורדינטות המדויקות שלהם לתכנון ובקרה של התהליכים הטכנולוגיים של הייצור החקלאי;
– ביצוע ניטור מרחוק על בסיס הדמיה רב-ספקטרלית של פני השטח הבסיסיים של קרקע חקלאית לקביעת מצב והתפתחות הגידולים, חיזוי יבולים על סמך חישוב מדד הצמחייה על סמך תוצאות הדמיה ספקטרלית וכו';
- בקרה תפעולית בזמן אמת על תפעול ציוד קרקע ואיכות העבודה האגרוטכנית;
- ניטור פיטוסניטרי מקודד גיאוגרפי של אדמות חקלאיות לקביעת רמת העשבים של יבולים, נוכחות מזיקים וגילויי מחלות בשלב מוקדם של התפתחות, לרבות בצורה סמויה;
השימוש במל"ט לצילום אווירי של קרקע חקלאית מספק, בהשוואה לתמונות לוויין, קבלת תמונות ברזולוציה גבוהה יותר (עד סנטימטר אחד לנקודה) ובעיקר מאפשר לבצע עבודות אלו בנוכחות צפוף עננים (צילום באמצעות חללית בתקופות כאלה הוא בלתי אפשרי).
הבה נתעכב ביתר פירוט על הניטור הפיטוסניטרי של יבולים. לאחרונה, נפח השימוש במוצרי הגנת הצומח ברוסיה גדל בהתמדה: על פי הסטטיסטיקה, כל חמש שנים, החל משנת 2010, הם הוכפלו ובשנת 2020 הגיעו ל-221 אלף טון. עם הגידול בשימוש במוצרים להגנת הצומח, על החוות להבטיח איסוף ועיבוד מהיר של מידע על המצב הפיטו-סניטרי של שדות חקלאיים. ללא מידע זה, לא ניתן לפתור את הבעיות של תמיכה טכנולוגית לשימוש רציונלי ובטוח בתכשירים להגנת הצומח בטווח זמן חקלאי קצר. השיטות הקיימות של בדיקת תוואי קרקע של שדות אינן מאפשרות קבלת המידע הדרוש במהירות ובנפח המתאים. בעניין זה מתבצעת פעילות אקטיבית בחו"ל ובארצנו לפיתוח שיטות מרוחקות בעלות ביצועים גבוהים לאחזור מידע לצורך תכנון וביצוע צעדי הגנת הצומח. עבור ניטור פיטו-סניטרי מבצעי מרחוק, כלי טיס בלתי מאוישים נמצאים בשימוש הנרחב ביותר, המספקים וידאו מקודדים גיאוגרפיים, תמונות רב-ספקטרליות והיפר-ספקטרליות של פני השטח הבסיסיים של כדור הארץ.
יצוין כי סוגיות השימוש בשיטות מרוחקות לאחזור מידע בתחום הדברת עשבים (קביעת מיקום עשבים שוטים בשטח, הערכת אבדן יבול, מיפוי אזורי פגיעה) כבר נפתרו באופן חלקי. בתחום זה, במסגרת הסכם על שיתוף פעולה מדעי וטכני, בוצע מחקר בהשתתפות מומחים מ-VIZR, האוניברסיטה למכשור תעופה וחלל (סנט פטרסבורג), האקדמיה האגררית של סמארה ו-Ptero LLC (מוסקבה). תוצאות חיוביות התקבלו מהשימוש ב-BVS עבור שיטות מרוחקות של אחזור מידע המבוססות על ספקטרומטריה להערכת הנגיעות של גידולי תבואה ושתילות תפוחי אדמה עבור יותר מ-20 סוגי עשבים שוטים, כולל כזה מזיק כמו עשב החזיר של סוסנובסקי. הנתונים התקבלו על סמך קביעה וניתוח של המאפיינים הספקטרליים של השתקפות מצמחים תרבותיים ועשבים שוטים בטווח אורכי גל של 300-1100 ננומטר.
לפיכך, במהלך המחקרים שנערכו לזיהוי מאפיינים המבוססים על הבהירות הספקטרלית של השתקפות מצמחי תרבות ועשבים, הוקמו תת-הטווחים הספקטרליים האינפורמטיביים ביותר של אורכי גל קרינה אלקטרומגנטית לשימוש בהדמיה רב-ספקטרלית של פני השטח הבסיסיים של קרקע חקלאית באמצעות מודרניות מערכות חישה מרחוק. ניתוח התמונות הספקטרליות של עשבים שוטים וצמחים מתורבתים מראה שאנו רואים הבדלים אופייניים בעקומת הבהירות הספקטרלית המתקבלת בתתי-הטווחים של קרינה אלקטרומגנטית כחולה, ירוקה, אדומה וקרוב לאינפרא אדום בתת-הטווח של אורכי גל אינפרא אדום.
משימה קשה יותר לשימוש נרחב בשיטות של חישה מרחוק של אדמות חקלאיות היא קביעת סימנים אינפורמטיביים של מחלות צמחים, ומעל לכל, בצורה סמויה. זאת בשל העובדה שסימנים אינפורמטיביים רבים של מחלות דומים בבהירות הספקטרלית לסימנים של פתולוגיה לא זיהומית של הצמחים שנחקרו.
התקבלו תוצאות חיוביות לקביעת מחלות תפוחי אדמה ופגיעה בצמחי תפוחי אדמה על ידי חיפושית תפוחי האדמה הקולורדו באמצעות ספקטרורדיומטריה. כשמשתמשים בשיטה זו, נמצא שכאשר שתילת תפוחי אדמה מושפעים מהדבקה מאוחרת (איור 1), ביום השלישי לאחר ההדבקה, אנו רואים ירידה חדה בבהירות הספקטרלית של ההשתקפות בהשוואה לצמחים בריאים, וכן על ביום השביעי לאחר ההדבקה, ערכי הבהירות הספקטרלית מראים שהצמחים כמעט מתו. במקרה זה, הערך של הבהירות הספקטרלית בצמחים המושפעים מהדחת מאוחרת קרוב לערכי הבהירות הספקטרלית של ההשתקפות מהאדמה.
כאשר תפוחי האדמה ניזוקים על ידי חיפושית תפוחי האדמה הקולורדו, אנו רואים גם ירידה בערכי בהירות ההשתקפות הספקטרלית פי שניים עד שלוש בהשוואה לצמחים ללא נזק על ידי המזיק. איור 2 מציג נתונים על הבהירות הספקטרלית של ההשתקפות של צמחי תפוחי אדמה, תוך התחשבות במידת הנזק השונה שלהם. לנתונים המתקבלים חשיבות רבה לשיטה המרוחקת לגילוי נגעים של צמחי תפוחי אדמה על ידי חיפושית תפוחי האדמה הקולורדו.
נכון לעכשיו, בהתבסס על המחקרים שבוצעו כדי לקבוע מאפיינים אינפורמטיביים המבוססים על הבהירות הספקטרלית של ההשתקפות מצמחי תפוחי אדמה בריאים וחולים, כמו גם אלה שניזוקו על ידי חיפושית תפוחי האדמה הקולורדו, תת-הטווחים הספקטרליים האינפורמטיביים ביותר של אורכי גל קרינה אלקטרומגנטית. הוקם לשימוש בהדמיה רב-ספקטרלית של פני השטח הבסיסיים של קרקע חקלאית באמצעות BVS ו-SLA.
בעת קביעת מחלות, יש צורך לקחת בחשבון את תוצאות המחקר של המכון האגרופיזיקלי, שאפשרו לקבוע את המאפיינים הספקטרליים של השתקפות צמחים הסובלים ממחסור בחנקן ולחות קרקע.
התוצאות המתקבלות חשובות לזיהוי מאפיינים אינפורמטיביים המאפשרים להבחין בבירור, בעת פענוח המצב הפיטו-סניטרי של קרקע חקלאית, בין צמחים שנפגעו ממחלות וכאלה עם פתולוגיות הנגרמות על ידי מחסור בתזונה מינרלית או לחות קרקע.
יצירת ספריות של תמונות ספקטרליות של מחלות של גידולים שונים, כמו גם תמונות ספקטרליות של גידולים אלו החסרים בהזנה מינרלית או בלחות קרקע, יאפשרו, בהתבסס על תוצאות שליפה מרחוק של מידע, לקבל החלטות סבירות ומהירות. לייצב את המצב הפיטוסניטרי בנוכחות מחלות או לבצע מערך של אמצעים אגרוטכניים כדי להקל על מצבי לחץ על יבולים הנגרמים על ידי גורמים אחרים.
הכיוון החשוב הבא בשימוש ב-BVS הוא היישום שלהם לאמצעים להגנת הצומח. לראשונה החלו להשתמש ביפן בתחילת שנות ה-90 מל"טים בצורת מסוקים בלתי מאוישים בשלט רחוק לטיפול בשדות אורז באמצעות חומרי הדברה. כיום, בסין, המובילה בייצור מזל"טים חקלאיים, השטח המעובד בעזרת מל"טים כבר עולה על כמה מיליוני דונם. גם שוק המל"טים מתפתח באופן דינמי בכל העולם, נפח השימוש במטוסים אלו גדל מדי שנה ב-400-500%. לפי מומחים, השימוש בטכנולוגיות UA בחקלאות בעולם יגיע לשווי שוק של 5,7 מיליארד דולר.
מרחפנים חקלאיים, השוק נשלט על ידי חברת DJI הסינית, והדגם הנפוץ ביותר הוא DJI Agras T16.
בשל העובדה שרוב חלקי המל"טים בדגם זה עשויים מחומרים מרוכבים, משקל המכשיר אינו עולה על 18,5 ק"ג (ללא סוללה). עם ציוד להגנת הצומח, בעת מילוי המיכל בנוזל עבודה, משקל ההמראה של המכונה מגיע ל-41 ק"ג. קיבולת המאגר לנוזל העבודה היא 16 ליטר כאשר הבום מצויד בשמונה חרירים. היתרון של דגם המל"ט הזה הוא בכך שהוא מצויד במכ"מים, מה שמפחית באופן דרסטי את הסיכון להתנגשות במכשולים, ומספק גם את היכולת לעבוד בלילה, באמצעות זרקורים. גובה הטיסה האופטימלי של המל"ט מעל השדה הוא 2,5-3 מטר, ובמידת הצורך המכשיר יכול להתרומם ל-30 מטר (גובה טיסה אופקי מקסימלי). גובה זה נחוץ לטיפול במטעים רב שנתיים, צמחים בגנים בוטניים ויערות מפני מזיקים ומחלות.
בפדרציה הרוסית התקבלו תוצאות חיוביות על השימוש ב-BVS להדברת מכרסמים עכברים (המחקרים בוצעו בהשתתפות VIZR וחברת Ginus). בדיקות ייצור של ניטור מרחוק ויישום גיאוגרפי של קוטלי מכרסמים במחילות של מכרסמים דמויי עכבר הראו שהדיוק של הטכנולוגיה החדשה בהשוואה ליישום ידני הוא 91% לעומת 97%.
נצבר ניסיון מעשי בשימוש ב-BVS לניטור מרחוק של אזורי התפוצה של עשב סוסנובסקי, כמו גם בשימוש בטכנולוגיית ריסוס קוטלי עשבים נגד מין מזיק זה.
למרות התוצאות החיוביות והסיכויים לשימוש ב-UA בחקלאות, ישנם חסרונות, כמו גם סוגיות בלתי פתורות בתחום החקיקה והמסמכים הרגולטוריים על השימוש היעיל והבטוח בהם לניטור מרחוק והגנת הצומח, כלומר:
- עלות גבוהה של מל"ט עם סיכון לאבד את המנגנון במהלך ביצוע העבודה;
- הגבלות חוקיות על השימוש: ברוב מדינות העולם, המל"ט במהלך ביצוע העבודה חייב להיות בטווח הראייה של המפעיל (הריחוק אינו עולה על 500 מטר);
- הצורך ברישום, רישום המכשיר (במרבית המדינות, אם מסתו עולה על 25 ק"ג) וקבלת רישיון שימוש במל"ט למטרות מסחריות;
- הצורך בציוד יקר נוסף ובכוח אדם מוסמך: לפעילות רציפה ויעילה של המל"ט, יש צורך להחזיק לפחות שלוש סוללות נוספות, גנרטור לטעינתן; לפחות שלושה אנשים עוסקים בטיפול במכונית אחת;
- תלות רבה בתנאים מטאורולוגיים. במזג אוויר סוער, השליטה במכשיר קשה מאוד, במיוחד עם רוח צד חזקה;
- היעדר תקנות חוקיות לשימוש במוצרי הגנת הצומח באמצעות BVS בהתאם לדרישות החוק הפדרלי מס' 109 "על טיפול בטוח בחומרי הדברה וחומרים חקלאיים";
- היעדר מסמכים רגולטוריים להפעלה בטוחה של מל"טים בחקלאות;
- היעדר תקני סיכון ביטוחי עבור ישויות משפטיות ויחידים בעת שימוש במוצרים להגנת הצומח בעזרת BVS;
- מחיר גבוה ומחסור במוצרי תוכנה לפתרון הבעיות של ניטור פיטוסניטרי מרחוק של עשבים שוטים, מזיקים ומחלות, תוך התחשבות בספים הכלכליים של מזיקות, כמו גם פענוח אוטומטי של תוצאותיהם.
קיים צורך דחוף ביצירת מרכזים אזוריים להכשרת מפעילים ואישור ייצור של נהלים טכנולוגיים לשימוש ב-UAS לניטור והגנה על מפעלים.
כחלק מהדיגיטליזציה של תכניות החקלאות, יש צורך להאיץ את פיתוחם של מאגרי מידע גדולים של דגימות ייחוס של עשבים שוטים בשלב הפגיע ביותר של הפיתוח לשימוש בקוטלי עשבים ודגימות ייחוס עם סימנים אינפורמטיביים אופייניים לפגיעה מזיקים בגידולים עיקריים. חשוב לא פחות להשלים את היווצרותן של ספריות של תמונות ספקטרליות של צמחים בריאים וחולים, תוך התחשבות בהשפעת רמת התזונה המינרלית והפרמטרים האגרו-אקלימיים.
אנטולי ליסוב, ראש המעבדה המשולבת להגנת הצומח, VIZR, דואר אלקטרוני: lysov4949@yandex.ru