منذ أكثر من مائة عام ، في صيف عام 1922 ، أقلعت طائرة مزودة بمعدات للقيام بأعمال كيميائية جوية عن طريق الرش ضد الآفات والأمراض من مطار خودينسكي المتروبوليتان. شكلت الرحلات التجريبية الناجحة بداية تطوير الطيران الزراعي.
اليوم ، يعد استخدام وسائل الطيران المختلفة لوقاية النباتات ذا أهمية اقتصادية كبيرة ، حيث يوفر إمكانية:
- مراقبة المحاصيل الزراعية عن بعد على نطاق واسع ؛
- تدابير وقائية في الشروط الزراعية القصيرة وفي الأماكن التي يصعب الوصول إليها ضد الآفات الخطرة بشكل خاص (الجراد وعثة المرج والقوارض الشبيهة بالفئران وخنفساء كولورادو البطاطس والسلاحف الضارة) والأمراض (الصدأ البني واللفحة المتأخرة والتناوب) ؛
- الحرث مع رطوبة التربة القوية ، عندما لا تتمكن معدات الأرض من دخول الحقل ، خاصة في مكافحة الأعشاب الضارة ؛
- تجهيز المحاصيل الطويلة (الذرة وعباد الشمس) وزرع البذور ؛
- تجهيز حقول الأرز ؛
- الجفاف.
- معالجة المحاصيل على منحدرات تزيد عن 7 درجات ، حيث لا تعمل معدات الرش الأرضي.
في الاتحاد السوفيتي ، كان أساس أسطول الطيران الزراعي AN-2. في الوقت الحاضر ، يتجه تطوير الطيران الزراعي نحو توسع كبير في استخدام الطائرات خفيفة الوزن (ALVs) والمركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) ، وهي أرخص بكثير من الطائرات الثقيلة. وفقًا لقواعد الطيران الفيدرالية والقانون الجوي للاتحاد الروسي ، يُطلق على الجهاز (الطائرات) خفيف الوزن إذا كان لديه:
- لا يزيد وزن الإقلاع الأقصى عن 495 كجم (باستثناء معدات الإنقاذ الجوي) ؛
- الحد الأقصى لسرعة توقف المعايرة (الحد الأدنى لسرعة الطيران) لا يزيد عن 65 كم / ساعة.
تشمل المركبات الجوية بدون طيار (UAVs) المركبات التي يتحكم في رحلاتها طيارون موجودون خارج اللوحة (طيارون خارجيون).
يتم تحديد ميزات الوضع الصحيح لاستخدام الطائرة بدون طيار من خلال الوزن الأقصى للإقلاع:
- ما يصل إلى 250 جم - لا تخضع للتسجيل أو المحاسبة الحكومية ؛
- من 250 جم إلى 30 كجم - تخضع لمحاسبة الدولة الإلزامية ؛
- من 30 كجم وأكثر - تخضع لتسجيل الدولة.
المزايا المهمة لاستخدام الطائرات بدون طيار و ALS هي:
- لا توجد خسائر بسبب الأضرار التي لحقت بالمحاصيل بواسطة العجلات أو الحاجة إلى استخدام خطوط الترام (بالمقارنة مع المعدات الأرضية) ؛
- كفاءة عالية مع تقليل تكاليف التشغيل (مقارنة بالطائرات الثقيلة ، حيث لا تحتاج هذه الطائرات إلى مطارات مجهزة).
يساعد استخدام الطائرات بدون طيار في حل المهام التالية:
- الحصول على معلومات مفصلة عن إنشاء قاعدة رسم خرائط للأراضي الزراعية ووضع القطع الزراعية بإحداثياتها الدقيقة لتخطيط ومراقبة العمليات التكنولوجية للإنتاج الزراعي ؛
- إجراء مراقبة عن بعد تعتمد على التصوير متعدد الأطياف للسطح الأساسي للأراضي الزراعية لتحديد حالة المحاصيل وتطورها ، والتنبؤ بالإنتاجية بناءً على حساب مؤشر الغطاء النباتي بناءً على نتائج التصوير الطيفي ، وما إلى ذلك ؛
- التحكم التشغيلي في الوقت الحقيقي في تشغيل المعدات الأرضية وجودة الأعمال الزراعية ؛
- مراقبة الصحة النباتية المشفرة جغرافيًا للأراضي الزراعية لتحديد مستوى الأعشاب الضارة للمحاصيل ، ووجود الآفات ومظاهر الأمراض في مرحلة مبكرة من التطور ، بما في ذلك في شكل كامن ؛
يوفر استخدام الطائرات بدون طيار للتصوير الجوي للأراضي الزراعية ، مقارنة بصور الأقمار الصناعية ، الحصول على صور بدقة أعلى (تصل إلى سنتيمتر واحد لكل نقطة) ، والأهم من ذلك ، أنه يجعل من الممكن تنفيذ هذه الأعمال في وجود كثيف. السحب (من المستحيل إطلاق النار باستخدام المركبات الفضائية خلال هذه الفترات).
دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول مراقبة الصحة النباتية للمحاصيل. في الآونة الأخيرة ، زاد حجم استخدام منتجات وقاية النباتات في روسيا بشكل مطرد: وفقًا للإحصاءات ، تضاعف حجم استخدام منتجات وقاية النباتات في روسيا كل خمس سنوات بدءًا من عام 2010 ووصل في عام 2020 إلى 221 ألف طن. مع النمو في استخدام منتجات وقاية النبات ، تحتاج المزارع إلى ضمان جمع ومعالجة المعلومات على وجه السرعة عن حالة الصحة النباتية في الحقول الزراعية. بدون هذه المعلومات ، من المستحيل حل مشاكل الدعم التكنولوجي للاستخدام الرشيد والآمن لمنتجات وقاية النبات في إطار زمني زراعي قصير. لا تسمح الطرق الحالية لفحص الحقول على الطريق الأرضي بالحصول على المعلومات الضرورية بسرعة وفي الحجم المناسب. في هذا الصدد ، يجري العمل بنشاط في الخارج وفي بلدنا لتطوير طرق عالية الأداء عن بعد لاسترجاع المعلومات للتخطيط وتنفيذ تدابير حماية النبات. من أجل مراقبة الصحة النباتية التشغيلية عن بعد ، تُستخدم المركبات الجوية غير المأهولة على نطاق واسع ، حيث توفر فيديو مشفرًا جغرافيًا وصورًا متعددة الأطياف وفائقة الأطياف للسطح السفلي للأرض.
وتجدر الإشارة إلى أن قضايا استخدام الأساليب البعيدة لاسترجاع المعلومات في مجال مكافحة الحشائش (تحديد موقع الأعشاب في الحقل ، وتقييم خسائر المحاصيل ، ورسم خرائط مناطق الضرر) قد تم حلها جزئيًا بالفعل. في هذا المجال ، في إطار اتفاقية التعاون العلمي والتقني ، تم إجراء البحث بمشاركة متخصصين من VIZR ، وجامعة أجهزة الفضاء (سانت بطرسبرغ) ، وأكاديمية سامارا الزراعية وشركة Ptero LLC (موسكو). تم الحصول على نتائج إيجابية من استخدام BVS للطرق البعيدة لاسترجاع المعلومات بناءً على قياس الطيف لتقييم إصابة محاصيل الحبوب ومزارع البطاطس لأكثر من 20 نوعًا من الحشائش ، بما في ذلك نوع ضار مثل عشبة سوسنوفسكي. تم الحصول على البيانات بناءً على تحديد وتحليل الخصائص الطيفية للانعكاس من النباتات والأعشاب المزروعة في نطاق الطول الموجي 300-1100 نانومتر.
وهكذا ، في سياق الدراسات التي أجريت لتحديد السمات المحددة بناءً على السطوع الطيفي للانعكاس من النباتات المزروعة والأعشاب ، تم إنشاء النطاقات الفرعية الطيفية الأكثر إفادة لأطوال موجات الإشعاع الكهرومغناطيسي لاستخدام التصوير متعدد الأطياف للسطح الأساسي للأرض الزراعية باستخدام أنظمة الاستشعار عن بعد. يُظهر تحليل الصور الطيفية للأعشاب والنباتات المزروعة أننا نلاحظ الاختلافات المميزة في منحنيات السطوع الطيفية التي تم الحصول عليها في النطاقات الفرعية للإشعاع الكهرومغناطيسي الأزرق والأخضر والأحمر والأشعة تحت الحمراء القريبة في المدى القريب من الأشعة تحت الحمراء للأطوال الموجية.
إن المهمة الأكثر صعوبة للاستخدام الواسع النطاق لأساليب الاستشعار عن بعد للأراضي الزراعية هي تحديد العلامات الإرشادية لأمراض النبات ، وقبل كل شيء ، في شكل كامن. هذا يرجع إلى حقيقة أن العديد من العلامات الإعلامية للأمراض تتشابه في السطوع الطيفي مع علامات علم الأمراض غير المعدية للنباتات المدروسة.
تم الحصول على نتائج إيجابية لتقدير أمراض البطاطس والأضرار التي لحقت بنباتات البطاطس بواسطة خنفساء البطاطس في كولورادو باستخدام القياس الطيفي. عند استخدام هذه الطريقة ، وجد أنه عندما تتأثر زراعة البطاطس باللفحة المتأخرة (الشكل 1) ، في اليوم الثالث بعد الإصابة ، نلاحظ انخفاضًا حادًا في السطوع الطيفي للانعكاس مقارنة بالنباتات السليمة ، وعلى في اليوم السابع بعد الإصابة ، تظهر قيم السطوع الطيفي أن النباتات ماتت عمليا. في هذه الحالة ، تكون قيمة السطوع الطيفي في النباتات المتأثرة باللفحة المتأخرة قريبة من قيم السطوع الطيفي للانعكاس من التربة.
عندما تتلف البطاطس من خنفساء البطاطس في كولورادو ، نلاحظ أيضًا انخفاضًا في قيم سطوع الانعكاس الطيفي بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات مقارنة بالنباتات دون تلف بواسطة الآفة. يوضح الشكل 2 بيانات عن السطوع الطيفي لانعكاس نباتات البطاطس ، مع مراعاة اختلاف درجة تلفها. تعتبر البيانات التي تم الحصول عليها ذات أهمية كبيرة للطريقة البعيدة للكشف عن آفات نباتات البطاطس بواسطة خنفساء البطاطس في كولورادو.
في الوقت الحالي ، بناءً على الدراسات التي أجريت لتحديد السمات الإعلامية بناءً على السطوع الطيفي للانعكاس من نباتات البطاطس السليمة والمريضة ، وكذلك تلك التي تضررت من خنفساء البطاطس في كولورادو ، كانت النطاقات الفرعية الطيفية الأكثر إفادة لأطوال موجات الإشعاع الكهرومغناطيسي تم إنشاؤها لاستخدام التصوير متعدد الأطياف للسطح الأساسي للأراضي الزراعية باستخدام BVS و SLA.
عند تحديد الأمراض ، من الضروري مراعاة نتائج الدراسات التي أجراها معهد Agrophysical ، والتي جعلت من الممكن تحديد الخصائص الطيفية لانعكاس النباتات التي تفتقر إلى النيتروجين ورطوبة التربة.
تعتبر النتائج التي تم الحصول عليها مهمة لتحديد السمات الإعلامية التي تجعل من الممكن التمييز بوضوح ، عند فك رموز حالة الصحة النباتية للأراضي الزراعية ، والنباتات المصابة بالأمراض وتلك المصابة بأمراض ناجمة عن نقص التغذية المعدنية أو رطوبة التربة.
إن تكوين مكتبات للصور الطيفية لأمراض المحاصيل المختلفة ، وكذلك الصور الطيفية لهذه المحاصيل التي تفتقر إلى التغذية المعدنية أو رطوبة التربة ، سيسمح ، بناءً على نتائج استرجاع المعلومات عن بعد ، باتخاذ قرارات معقولة وسريعة. لتحقيق الاستقرار في حالة الصحة النباتية في وجود الأمراض أو لتنفيذ مجموعة من التدابير الزراعية التقنية لتخفيف حالات الإجهاد على المحاصيل التي تسببها عوامل أخرى.
الاتجاه المهم التالي في استخدام BVS هو تطبيقها لتدابير وقاية النبات. لأول مرة ، بدأ استخدام الطائرات بدون طيار في شكل طائرات هليكوبتر بدون طيار يتم التحكم فيها عن بعد في اليابان في أوائل التسعينيات من القرن الماضي لمعالجة حقول الأرز بالمبيدات الحشرية. في الوقت الحاضر ، في الصين ، وهي الشركة الرائدة في إنتاج الطائرات بدون طيار الزراعية ، تتجاوز المساحة المزروعة في UA بالفعل عدة ملايين من الهكتارات. يتطور سوق الطائرات بدون طيار أيضًا بشكل ديناميكي في جميع أنحاء العالم ، ويزداد حجم استخدام هذه الطائرات سنويًا بنسبة 90-400 ٪. وفقًا للخبراء ، سيصل استخدام تقنيات UA في الزراعة في العالم إلى قيمة سوقية تبلغ 500 مليار دولار.
من الطائرات بدون طيار الزراعية ، تهيمن شركة DJI الصينية على السوق ، والنموذج الأكثر شيوعًا هو DJI Agras T16.
نظرًا لحقيقة أن معظم أجزاء الطائرات بدون طيار في هذا الطراز مصنوعة من مواد مركبة ، فإن وزن الجهاز لا يتجاوز 18,5 كجم (بدون بطارية). مع معدات حماية النبات ، عند ملء الخزان بسائل العمل ، يصل وزن إقلاع الآلة إلى 41 كجم. تبلغ سعة خزان سائل العمل 16 لترًا عندما يكون ذراع الرافعة مزودًا بثماني فوهات. ميزة هذا الطراز من الطائرات بدون طيار أنها مزودة بالرادارات ، مما يقلل بشكل كبير من خطر الاصطدام بالعقبات ، كما يوفر القدرة على العمل ليلاً باستخدام الكشافات. يبلغ ارتفاع الطيران الأمثل للطائرة بدون طيار فوق الميدان 2,5-3 أمتار ، وإذا لزم الأمر ، يمكن للجهاز أن يرتفع إلى 30 مترًا (أقصى ارتفاع أفقي للرحلة). هذا الارتفاع ضروري لمعالجة المزارع المعمرة والنباتات في الحدائق النباتية والغابات من الآفات والأمراض.
في الاتحاد الروسي ، تم الحصول على نتائج إيجابية بشأن استخدام BVS لمكافحة قوارض الفئران (أجريت الدراسات بمشاركة VIZR وشركة Ginus). أظهرت اختبارات الإنتاج للمراقبة عن بعد والتطبيق الجغرافي لمبيدات القوارض في جحور القوارض التي تشبه الفئران أن دقة التكنولوجيا الجديدة مقارنة بالتطبيق اليدوي تبلغ 91٪ مقابل 97٪.
تراكمت الخبرة العملية حول استخدام BVS للمراقبة عن بُعد لمناطق توزيع عشبة الخنزير في Sosnowsky ، بالإضافة إلى استخدام تقنية رش مبيدات الأعشاب ضد هذه الأنواع الضارة.
على الرغم من النتائج الإيجابية وآفاق استخدام تعميم الوصول إلى الخدمات في الزراعة ، إلا أن هناك أوجه قصور ، بالإضافة إلى القضايا التي لم يتم حلها في مجال التشريعات والوثائق التنظيمية بشأن استخدامها الفعال والآمن للمراقبة عن بعد وحماية النبات ، وهي:
- ارتفاع تكلفة الطائرات بدون طيار مع خطر فقدان الجهاز أثناء تنفيذ العمل ؛
- القيود القانونية على الاستخدام: في معظم دول العالم ، يجب أن تكون الطائرة بدون طيار أثناء أداء العمل في مرمى نظر المشغل (لا يزيد البعد عن 500 متر) ؛
- الحاجة إلى تسجيل الجهاز وتسجيله (في معظم البلدان ، إذا تجاوزت كتلته 25 كجم) والحصول على ترخيص لاستخدام الطائرة بدون طيار لأغراض تجارية ؛
- الحاجة إلى معدات إضافية باهظة الثمن وموظفين مؤهلين: من أجل التشغيل المتواصل والفعال للطائرة بدون طيار ، من الضروري وجود ثلاث بطاريات إضافية على الأقل ، ومولد لشحنها ؛ يعمل ثلاثة أشخاص على الأقل في خدمة سيارة واحدة ؛
- الاعتماد الكبير على ظروف الأرصاد الجوية. في الطقس العاصف ، يكون التحكم في الجهاز صعبًا للغاية ، خاصة مع وجود رياح جانبية قوية ؛
- عدم وجود لوائح قانونية لاستخدام منتجات وقاية النباتات التي تستخدم BVS وفقًا لمتطلبات القانون الاتحادي رقم 109 "بشأن التعامل الآمن مع مبيدات الآفات والكيماويات الزراعية" ؛
- عدم وجود وثائق تنظيمية للتشغيل الآمن للطائرات بدون طيار في الزراعة ؛
- عدم وجود معايير مخاطر التأمين للكيانات القانونية والأفراد عند استخدام منتجات وقاية النباتات بمساعدة BVS ؛
- ارتفاع الأسعار وعدم وجود منتجات برمجية لحل مشاكل مراقبة الصحة النباتية عن بعد للأعشاب الضارة والآفات والأمراض ، مع مراعاة العتبات الاقتصادية للضرر ، وكذلك فك التشفير التلقائي لنتائجها.
هناك حاجة ملحة لإنشاء مراكز إقليمية لتدريب المشغلين واعتماد الإنتاج للإجراءات التكنولوجية لاستخدام أنظمة الطائرات بدون طيار لرصد المصانع وحمايتها.
كجزء من رقمنة البرامج الزراعية ، من الضروري تسريع تطوير قواعد بيانات كبيرة للعينات المرجعية من الأعشاب الضارة في المرحلة الأكثر ضعفًا من التطوير لاستخدام مبيدات الأعشاب والعينات المرجعية ذات العلامات الإرشادية المميزة لأضرار الآفات للمحاصيل الرئيسية. من المهم بنفس القدر إكمال تكوين مكتبات الصور الطيفية للنباتات الصحية والمريضة ، مع مراعاة تأثير مستوى التغذية المعدنية والمعايير الزراعية المناخية.
أناتولي ليسوف ، رئيس مختبر وقاية النبات المتكاملة ، VIZR ، بريد إلكتروني: lysov4949@yandex.ru