Журнал «Агротехника и технологии»
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) набирают популярность. Их применяют для мониторинга состояния полей, контроля технологических процессов, внесения удобрений, обработки посевов средствами защиты растений. Однако аграрии могут столкнуться с немалыми проблемами при их использовании. О трудностях, связанных с дальнейшей цифровизацией производств, журналу «Агротехника и технологии» рассказал профессор кафедры общего земледелия и агроэкологии факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Дмитрий Хомяков
Минсельхоз России планирует провести цифровизацию всей отрасли к 2030 году (в распоряжении правительства от
В числе технологий, которые предполагается внедрять, указаны моделирование и прогнозирование, «цифровые двойники», искусственный интеллект (в том числе, машинное обучение и компьютерное зрение), интернет вещей, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и беспилотная сельхозтехника, робототехнические решения, Big Data, спутниковые системы связи и позиционирования. При этом особый упор делается на использование отечественных решений: их доля в цифровизации АПК должна увеличиться в четыре раза и в итоге (в зависимости от сложности разработки и её стратегической значимости для отрасли и страны) составить от 50% до 100%.
Согласно документу, каждый регион страны обязан реализовать профильные федеральные и региональные программы. По задумке делу должна будет помочь активность отечественных агропроизводителей, которые сформулируют запрос на разработку необходимых новых систем, а также повышение общего уровня информированности и образованности средних и мелких хозяйств. Ведь многоукладность остаётся основой устойчивого функционирования сельского хозяйства. Кстати, считается, что в общей структуре инвестиций предприятий АПК доля затрат на внедрение цифровых решений должна составлять сейчас не менее 7%.
Однако хорошо известно, что отечественное сельское хозяйство — довольно неохотно идёт навстречу цифровизации. Например, по данным Фонда интернет-инициатив, в растениеводстве цифровизация охватывает не более 10% посевных площадей, а процент агропредприятий, активно использующих IT, не превышает 10% от общего количества. Для сравнения: в США и странах Европы этот показатель намного больше — 60-80% (данные Института комплексных стратегических исследований).
Впрочем, в основных зернопроизводящих регионах России есть успешный опыт применения хозяйствами IT-решений, в том числе, и отечественных. Например, испытывается система автопилотирования сельхозтехники компании «МТС»: с помощью корректирующего спутникового сигнала она обеспечивает движение тракторов и комбайнов с точностью до 2,5 см.
Набирают популярность и беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Их применяют для мониторинга состояния полей, контроля технологических процессов, внесения удобрений, обработки посевов средствами защиты растений. Для использования этого оборудования, кроме всего прочего, нужна автономная станция базирования — дронопорт, которая работает следующим образом. На платформу дронопорта приходит задание из центра управления полётами. После этого БПЛА автономно вылетает, выполняет задачу и возвращается на станцию базирования для автоматической зарядки. В это время через дронопорт удалённо передаются все полученные фото- и видеоматериалы на сервер обработки данных. Наилучший вариант представляет из себя герметичный и поддерживающий необходимый температурный режим дронопорт, который можно использовать круглый год.
Ещё одним перспективным направлением является создание цифровой системы истории полей — базы геопространственных данных, в которую включены карты полей, фото со спутников, треки от проходов техники, прогноз погоды и оперативные данные с метеостанций, а также информация, полученная с БПЛА.
Все эти технологии уже в ряде случаев применяются в хозяйствах, но из-за отсутствия отечественных ИТ-продуктов для АПК, дефицита чипов и бюджетов аграриям придётся столкнуться с трудностями при дальнейшей цифровизации производства. Таким образом, масштабного применения апробированных и эффективных цифровых решений пока не наблюдается.
Более того, по уровню внедрения отечественных ИТ-продуктов АПК сегодня сильно отстаёт от других отраслей. Причины — отсутствие зрелой «экосистемы» решений для отрасли, недостаток квалифицированных кадров, и, самое главное, нехватка бюджетных средств и инвестиций. Впрочем, сейчас все силы направлены на преодоление данных барьеров, поэтому в среднесрочной перспективе можно ожидать мощного прорыва в области цифровизации в АПК с акцентом на импортозамещение программного и аппаратного обеспечения.
Но вернёмся к беспилотным летательным аппаратам. Применение БПЛА сейчас — это частичная замена тех работ и услуг, которые раньше выполнялись исключительно сельскохозяйственной авиацией, в задачу которой входило накопление и использование геопространственных данных, полученных с помощью аэрофотосъемки для нужд земледелия и растениеводства, а также создание цифровых карт местности и её 3D-моделей с высокой точностью. Сегодня же выполнять аэрофотосъемку можно параллельно с лазерным сканированием, благодаря чему плотные облака точек формируются не только по данным с лазерного сканера, но и с помощью фотограмметрии. При их объединении повышается точность построения и детализация трёхмерных объектов. Следовательно, полученные цифровые карты можно использовать для всех работ земледельцев вплоть до создания проектов мелиорации полей.
Кроме того, помимо создания 3D-моделей местности, одной из задач, которую решают с помощью БПЛА в сельском хозяйстве, является построение карт вегетационных индексов. Самый распространённый из них — NDVI (Normalized Difference Vegetation Index или нормализованный относительный индекс растительности).
Существует большое число алгоритмов расчёта индексов. По данным сайта www.indexdatabase.de, созданного специалистами Боннского университета (ФРГ), сейчас известно более 520 вегетационных индексов. Некоторые из них пригодны для построения только с помощью информации (снимков), полученной со спутников, некоторые — только с помощью снимков, полученных с БПЛА. И хотя количество индексов постоянно растёт, они остаются, в основном, объектно-ориентированными, изменяются и корректируются для решения конкретной научной или производственной задачи на выбранных площадях или полигонах.
Однако замечу, что специалистами уже определены ряд проблем и вопросов, однозначный и универсальный ответ на которые пока отсутствует, что сдерживает широкое использование информации дистанционного зондирования полей и сельскохозяйственных угодий, а также цифровых решений в земледелии.
Первая проблема — выявление и определение связи между данными с БПЛА (конечными данными и построенными картами) и биомассой растений, что является основой адекватной оценки состояния посевов и урожаев сельскохозяйственных культур. Вторая — сравнение массивов цифровых данных, полученных на опытном поле или в условиях производственных посевов с различных камер: обычной RGB, мультиспектральной и гиперспектральной, которые имеют отличающиеся возможности и информационные каналы. Практика показала их незаменимость. Следовательно, для различных задач нужно использовать все три устройства или предварительно отбирать наиболее информативные приборы. Третья — поиск и определение корреляции между показателями химического анализа почвы и растений с полученными массивами данных дистанционного зондирования агроценозов. Ведь она далеко не обязательно присутствует на всех объектах и во всех временных интервалах. Наконец, четвёртая проблема связана с необходимостью обязательно иметь контрольные наземные наблюдения состояния почв и посевов для получения сколько-нибудь объективных оценок при дальнейшем моделировании продукционных процессов для прогнозирования величины и качества урожаев.
В свою очередь, построение адаптивных агротехнологий и расчёт ожидаемой эффективности использования различных агроприёмов с учётом свойств почв и структуры почвенного покрова пока абсолютно оправданно проводится только на основании обобщения большого количества агрономических полевых экспериментов. В них должен соблюдаться принцип единственного различия и присутствовать как минимум трёхлетний период наблюдений.
В то же время, для мелиорации почв и агроландшафтов нужны проекты, использующие цифровые геопространственные данные, электронные карты с геодезической точностью, включающие информацию о почвенном покрове и особенностях его функционирования. В идеале должны быть в наличии 2D, а, где возможно, 3D цифровые модели почв (а не рельефа) различного уровня и масштаба (локальные, региональные
Ещё одним направлением представляется создание навигационной системы для беспилотной специальной техники, позволяющей минимизировать участие персонала в управлении бульдозерами, экскаваторами
В комплекс для построения маршрутов такой техники должен входить БПЛА с камерой и автопилотом в бортовом компьютере, сервер хранения и обработки данных для построения маршрутов и планшетный ПК с навигационным модулем (навигатор). Сначала по заданной траектории осуществляется аэрофотосъемка местности, на её основании создаётся цифровая модель площадки с учётом рельефа, препятствий и уклонов, и уже по ней навигатор строит маршрут для специальных машин. Такие цифровые сервисы и технологии в ближайшее время должны будут проходить проверку эффективности в реальных условиях.
