Дрони в агробізнесі

drones-agriculture-business

Безпілотні літальні апарати, або дрони, досить швидко увійшли в нашу повсякденну реальність. І якщо ще кілька років тому квадрокоптер, що пролітав у небі, збирав на себе увагу всіх перехожих, то зараз дзищання дронів стало тільки ще однією складовою шуму міста. Але дрони, що використовуються весільними фотографами та відео-блогерами, — це тільки вершина айсбергу. Для багатьох логістичних, будівельних, охоронних та страхових компаній дрони стали основним інструментом отримання даних. І перелік компаній, що знаходять у своїх бізнес-процесах завдання для дронів, постійно розширюється. Наприклад, деякі інтернет-провайдери останнім часом почали використовувати дрони для протягування кабелів та контролю за їхнім станом. Фактично, в будь-якому виді діяльності, де необхідні оперативні, детальні та дешеві просторові дані, знайдеться місце для використання безпілотних літальних апаратів.

Але якщо для багатьох галузей дрони — це тільки перспективний інструмент, що може підвищити ефективність роботи компанії, то для галузі сільського господарства, замість питання «Чи використовувати дрони?», все частіше ставиться питання «Які саме дрони використати?», «Як часто виконувати знімання полів?», «Які ще дані про посіви можна збирати?» За даними опитування журналу «Farm Journal Pulse», проведеному на початку 2017-го, майже третина фермерів США вже використовує дрони на своїх полях, а ще третина збирається почати їх використовувати в найближчий рік. Такі результати опитування є надзвичайно красномовними, бо якраз власники невеликих фермерських господарств є найбільш консервативними представниками сільськогогосподарської галузі, що з обережністю ставляться до впровадження нових технологій. Але якщо навіть умовний фермер з середнього Заходу США задумується про придбання дрону, стає зрозумілим, що технологія вже вийшла з дитячого віку і стає, справді, масовим рішенням доступним не тільки для великих агрохолдингів.

Оцінка світового ринку дронів сільськогосподарського призначення суттєво відрізняється, залежно від компанії, що виконувала дослідження ринку. Так за даними MarketsandMarkets ринок с\г дронів оцінюється приблизно в 800 млн долларів США, а до 2022 року очікується його зростання до 4.2 млрд долларів. Результати дослідження Zion Research дещо стриманіші і стверджують, що до 2021 року ринок с\г дронів зросте до 2.978 млрд долларів. Але, незалежно від отриманих фінансових результатів, всі аналітики сходяться в тому, що ринок дронів сільськогосподарського призначення очікує суттєве зростання. Так, за даними ресурсу AgFunder, у 2015 році капіталізація компаній, що фокусувалися на залученні дронів у сільськогосподарське виробництво, зросла на 189 %.

Global-Agriculture-Drone-Market

Оцінка ринку сільськогосподарських дронів за даними Zion Research

 

Все частіше з’являються новини про появу нових стартапів, що забезпечують впровадження БПЛА-технологій в сільськогосподарське виробництво. Щоб зрозуміти чим викликано таке зацікавлення сільськогосподарської галузі дронами, спробуймо розглянути завдання, що вирішуються дронами в полях.

 

Що можуть робити дрони в полі?

Картографування

Сільське господарство — це один з найдавніших видів людьської діяльності, та останніми роками воно стало однією з найтехнологічніших та інноваційних галузей. ГМО, роботи, big data, AI — це лише короткий список технологій, які використовуються аграріями. Поява високопродуктивних гібридів, ефективних добрив та засобів боротьби зі шкідниками суттєво підвищили ефективність ведення сільськогосподарської діяльності. Зростання врожайності культур (а також вартості посівного матеріалу та добрив) призвело до того, що аграрії перестали розглядати поле як однорідну одиницю, а почали фокусуватися на отриманні максимально можливого врожаю від кожної рослини. Механізовані системи посіву, зрошування та підживлення вже достатньо давно дозволяють диференціювати окремі ділянки посівів чи навіть окремі рослини. Але застосування всіх цих можливостей актуальне тільки за умови наявності даних. І тут у гру вже вступають БПЛА. Виграючи у даних супутникового знімання за детальністю та оперативністю, а у даних пілотованого аерофотознімання за вартістю, дрони якраз і стали тією частинкою пазлу, відсутність якої зупиняла багатьох аграріїв від ведення високопродуктивного точного землеробства.

Першопочатково дрони використовувались виключно для знімання полів у видимому діапазоні та побудови на основі знімків детальних карт посів. Завдяки високій роздільній здатності подібні карти значно вигравали як у традиційних топографічних карт, так і у супутникових знімків. Можливість же побудови цифрових моделей рельєфу полів дозволила підвищити ефективність виконання гідро-меліоративних та ряду інших агро-технічних заходів.

Статичні карти у видимому діапазоні хоч і дозволяють оглянути поле з висоти пташиного польоту, але все ж відкривають не так багато інформації про посіви. До того ж подібні карти часто складалися тільки один раз на сезон, що не дозволяло оперативно реагувати на всі виклики, що постають перед аграріями. Тому досить швидко вимоги ринку сільськогосподарських дронів змістились від простого картографування до моніторингу посівів засобами БПЛА.

 

Моніторинг

Фізично неможливо здійснювати щоденний огляд стану кожної рослини, навіть на одному гектарі поля. А якщо площа господарства складає сотні чи тисячі гектарів, то підприємству доводиться контролювати стан посівів виключно на основі встановлених норм, розрахованих за усередненими статистичними даними. Результатом такого підходу є те, що рослини в одній частині поля можуть систематично недоотримувати добрива та вологу, а в інших частинах, навпаки, кількість добрив та об’єми поливу будуть надлишковими. Причинами цього, в першу чергу, буде різниця в грунтовому покриві, який є неоднорідним на різних ділянках поля, але суттєвий вплив також чинить рельєф, якість насіння, особливості обробітку грунту. Вирішенням цієї проблеми може бути періодичний моніторинг засобами БПЛА, складання оперативних карт стану посівів та корегування об’ємів внесення добрив та поливу на їхній основі.

Для здійснення подібного моніторингу переважно використовуються знімки не тільки у видимому, але й у інфрачервоному спектральному діапазоні, які робляться з часовим інтервалом від одного дня до тижня. Комбінування цих знімків за допомогою спеціальних алгоритмів дозволяє обчислювати різноманітні вегетаційні індекси, найпопулярнішим з яких є NDVI. NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) — нормалізований вегетаційний індекс, обчислюється шляхом комбінування знімків у червоному та ближньому інфрачервоному спектральних діапазонах та відображає кількість фотосинтетично активної біомаси. Якщо ж не заглиблюватись в теорію, то NDVI дозволяє визначити, які рослини є здоровими, а які ні. Інколи подібна інформація може врятувати значну частину врожаю, як, наприклад, описано в цій статті, де використання дрону та NDVI дозволило фермеру своєчасно врятувати поле цукрового буряку від попельниці.

NDVI-drone-deploy

Вигляд знімку з обчисленим індексом NDVI в програмному забезпеченні DroneDeploy

 

Обробка посівів

Якщо використання дронів для складання карт полів та оперативного моніторингу посівів вже нікого не дивують, то залучення БПЛА для оприскування полів все ще залишається екзотикою. Але ефективність подібного рішення є беззаперечною, бо дрон може значно точніше та швидше виконувати розпилювання необхідного розчину, до того ж на відміну від людини чи спеціальної техніки, літаючий пристрій не буде пошкоджувати шар грунту та рослини. Ефективність такого втручання проявляється в тому, що у взаємодії із даними оперативного моніторингу, можна забезпечити найбільш зважену обробку посівів із застосуванням мінімально потрібної кількості хімікатів.

Незначне використання дронів для обробки посівів пояснюється тим, що буквально кілька років тому технології розробки дронів не дозволяли побудувати апарат, який би володів достатньою ємністю батареї та підйомною силою, щоб забезпечити оприскування значних площ полів. Залучення ж дронів для оприскування невеликих ділянок було економічно невиправданим.

Зараз же з удосконаленням технологій розробки дронів, з’являється все більше пристроїв орієнтованих на використання дронів саме для обробки посівів. Наприклад, можна згадати про дрон DJI AGRAS MG-1, що дозволяє обробляти 7–10 акрів посівів на годину, переносячи до 10 кілограмів розчину.

DJI-AGRAS-MG-1

Дрон DJI AGRAS MG-1

 

DJI AGRAS MG-1 — це тільки один з багатьох спеціалізованих дронів сільськогосподарського призначення. Та варто зазначити, що часто аграріями використовуються і «звичайні» дрони або їхні модифікації. Тому варто детальніше розібратися в тому, що саме відрізняє «сільськогосподарські» дрони від всіх інших. Про них можна прочитати у минулому пості.

 

Чим обробляти результати зйомки?

В ідеалі результати знімання дроном повинні бути доступні одразу після польоту, що дозволить без жодних затримок приймати рішення на основі отриманих даних. Розуміючи це, розробники програмного забезпечення надають перевагу «хмарним» технологіям обробки результатів знімання. Наприклад, достатньо популярний застосунок Pix4D дозволяє отримати вегетаційний індекс NDVI (а також DVI, SAVI) одразу в польових умовах.

Parrot-Sequoia-case

Обчислення вегетаційного індексу в Pix4D за знімками отриманими камерою Parrot Sequoia

 

Але для цього спочатку потрібно завантажити всі знімки на сервер сервісу, що потребує швидкісного інтернету, який часто не доступний в польових умовах. Аналогічними можливостями володіють і ряд інших подібних сервісів, наприклад: PrecisionMapper, DroneDeploy. Вони забезпечують весь робочий процес знімання території починаючи від планування висоти і просторового охоплення знімання і завершуючи можливостями експорту отриманих знімків та побудови 3D моделей території. Завдяки «хмарним» принципам обробки даних ці сервіси досить поблажливі до апаратних можливостей комп’ютера, бо основні обчислення виконуються на віддалених серверах.

Якщо ж з певних причин ви не бажаєте передавати всі отримані дані знімання на незнайомі вам сервери, то є можливість використання «традиційнішого» ПЗ, що виконає обробку результатів знімання на вашому ПК. У якості прикладу можна згадати про Agisoft PhotoScan, TBC Aerial Photogrammetery Module, CORRELATOR3D. На відміну від «хмарних» колег, ці програми надзвичайно вимогливі до апаратних потужностей ПК. Наприклад, мінімальною конфігурацією для роботи CORRELATOR3D є 8GB оперативної пам’яті та відеокарта не старіша за серії GeForce GTX 500 або AMD Radeon R5. Але, навіть за наявності потужного ПК, обробка даних знімання, побудова мозаїки знімків та 3D моделі може зайняти багато годин. Хоча, з іншого боку, в хмарних сервісах обробка теж здійснюється не миттєво, з меншим колом доступних налаштувань процесу обробки.

Щодо ціни на згадане програмне забезпечення, то вона є порівняною з вартістю самих дронів. Наприклад, ліцензія CORRELATOR3D коштує 5,000 EUR, а Pix4D — 6 500 EUR (щоправда, значна частина подібних сервісів також дозволяє замовляти місячну підписку на свої послуги за значно менші суми). Щодо відкритих безкоштовних рішень, можна згадати про OpenDroneMap, функціональність якого загалом подібна до своїх комерційних аналогів. Щоправда, певна складність встановлення та відсутність графічного інтерфейсу суттєво звужують коло його потенційних користувачів.

 

Короткий підсумок

В одній статті складно охопити всі аспекти використання дронів для потреб сільського господарства. Певно, тому майже кожного дня на різних тематичних ресурсах присвячених як БПЛ-технологіям, так і сільському господарству все частіше з’являються новини та статті, що стосуються використання дронів для моніторингу посівів, правовим аспектам БПЛ-знімання, особливостям обробки знімків. З одного боку, ці статті свідчать про загальну цікавість технології для суспільства, а з іншого боку, вони самі по собі постійно збільшують цю зацікавленість. Такий «саморозігрів» ринку свідчить про те, що він тільки зростатиме, а, можливо, навіть неочікувано вибухне, залишивши тих, хто скептично відносився до технології, позаду. І тому, якщо ви задаєтесь питанням, коли доцільно почати використовувати дрони для сільськогосподарських потреб, єдиною правильною відповіддю буде «Зараз!»