1922여 년 전인 XNUMX년 여름, 해충과 질병에 대한 살포 방식을 사용하여 공중 화학 작업을 수행하기 위한 장비를 갖춘 비행기가 수도 호딘카 비행장에서 이륙했습니다. 성공적인 시험 비행은 농업용 항공 개발의 시작을 알렸습니다.
오늘날 식물 보호를 위한 다양한 항공 수단의 사용은 다음과 같은 기회를 제공하므로 경제적으로 매우 중요합니다.
- 농작물에 대한 대규모 원격 모니터링;
- 특히 위험한 해충(메뚜기, 초원 나방, 쥐 같은 설치류, 콜로라도 감자 딱정벌레, 해로운 거북이) 및 질병(잎녹병, 역병, 알터나리아)에 대한 짧은 농업 기간 및 접근하기 어려운 장소에서의 보호 조치
- 토양이 매우 촉촉할 때, 지상 장비가 현장에 들어갈 수 없을 때, 특히 잡초와 싸울 때 처리;
- 키가 큰 작물(옥수수, 해바라기) 및 종자 작물의 가공
- 논 가공
- 건조함;
— 지상 살포 장비가 작동할 수 없는 7도 이상의 경사면에서 작물을 처리합니다.
소련에서 농업용 항공기의 기초는 AN-2였습니다. 현재 농업용 항공의 발전은 대형 항공기보다 가격이 훨씬 저렴한 초경량항공기(ULA)와 무인항공기(UAV)의 활용이 대폭 확대되는 방향으로 나아가고 있다. 연방 항공 규정 및 러시아 연방 항공법에 따라 초경량 항공기는 다음을 갖춘 항공기(항공기)입니다.
- 최대 이륙 중량은 495kg 이하(항공 구조 장비 제외)
— 최대 보정 실속 속도(최소 비행 속도)는 65km/h 이하입니다.
무인 항공기(UAV)에는 항공기 외부에 있는 조종사(원격 조종사)가 비행을 제어하는 차량이 포함됩니다.
UAV 사용의 올바른 모드의 특징은 최대 이륙 중량에 따라 결정됩니다.
- 최대 250g - 주정부 등록 또는 회계 대상이 아닙니다.
- 250g에서 30kg까지 - 필수 국가 등록 대상입니다.
- 30kg 이상 - 국가 등록 대상입니다.
UAV 및 SLA 사용의 중요한 이점은 다음과 같습니다.
- 바퀴에 의한 작물 손상이나 트램라인 사용으로 인한 손실이 없습니다(지상 장비와 비교).
— 감소된 운영 비용으로 높은 효율성(대형 항공기와 비교 시, 이러한 항공기에는 장착된 비행장이 필요하지 않기 때문)
무인 항공기를 사용하면 다음과 같은 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.
— 농업 생산의 기술 프로세스를 계획하고 모니터링하기 위한 정확한 좌표를 사용하여 농경지의 지도 제작 기반 생성 및 농경지 배치에 대한 자세한 정보를 얻습니다.
- 농지 기층 표면의 다중 스펙트럼 사진을 기반으로 원격 모니터링을 수행하여 작물의 상태 및 발달을 파악하고, 스펙트럼 사진 결과를 바탕으로 식생 지수를 계산하여 수확량을 예측합니다.
— 지상 장비의 작동 및 농업 작업의 품질에 대한 실시간 운영 제어
- 잠복 형태를 포함하여 개발 초기 단계에서 작물의 잡초 정도, 해충의 존재 및 질병의 발현을 결정하기 위한 농지의 위치정보 식물위생 모니터링
농경지 항공 사진 촬영에 UAV를 사용하면 위성 이미지와 비교하여 더 높은 해상도(포인트당 최대 XNUMXcm)의 이미지를 얻을 수 있으며, 가장 중요한 것은 밀집된 환경에서 이 작업을 수행할 수 있다는 것입니다. 구름(이러한 기간 동안 우주선을 사용하여 녹음하는 것은 불가능합니다).
작물의 식물위생 모니터링에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다. 최근 러시아의 식물 보호 제품 사용량은 꾸준히 증가하고 있습니다. 통계에 따르면 2010년 이후 2020년마다 사용량이 두 배로 증가해 221년에는 XNUMX톤에 이르렀습니다. 식물 보호 제품의 사용이 증가함에 따라 농장에서는 농경지의 식물위생 상태에 대한 정보를 신속하게 수집하고 처리해야 합니다. 이러한 정보 없이는 짧은 농업 기간 내에 식물 보호 제품의 합리적이고 안전한 사용을 위한 기술 지원 문제를 해결하는 것이 불가능합니다. 현장의 지상 기반 경로 조사의 기존 방법으로는 필요한 정보를 필요한 양으로 신속하게 얻을 수 없습니다. 이와 관련하여, 식물 보호 조치를 계획하고 수행하기 위한 정보를 수집하기 위한 고성능 원격 방법을 개발하기 위한 작업이 해외와 국내에서 활발히 진행되고 있습니다. 원격 식물위생 모니터링을 위해 가장 널리 사용되는 것은 지구 표면의 지리정보 비디오, 다중 스펙트럼 및 초분광 이미지를 제공하는 무인 항공기입니다.
잡초 방제 분야(밭의 잡초 위치 결정, 작물 손실 평가, 유해 구역 매핑)에서 정보를 수집하기 위한 원격 방법 사용과 관련된 문제는 이미 부분적으로 해결되었습니다. 이 분야에서는 과학 및 기술 협력에 관한 합의의 틀 내에서 VIZR, 항공우주 계측 대학(상트페테르부르크), Samara Agrarian Academy 및 Ptero LLC(모스크바)의 전문가들이 참여하여 연구가 수행되었습니다. Sosnovsky의 hogweed와 같은 해로운 잡초를 포함하여 20가지 이상의 잡초에 대해 곡물 작물 및 감자 재배의 잡초를 평가하기 위해 분광법을 기반으로 정보를 수집하는 원격 방법에 대해 UAV를 사용하여 긍정적인 결과를 얻었습니다. 데이터는 300-1100 nm 파장 범위에서 재배 식물과 잡초의 반사 스펙트럼 특성을 측정하고 분석한 결과입니다.
따라서 작물과 잡초 반사의 스펙트럼 밝기를 기반으로 정의된 특징을 식별하기 위해 수행된 연구 과정에서 농지의 기본 표면에 대한 다중 스펙트럼 이미징을 사용하기 위해 전자기 방사선 파장의 가장 유익한 스펙트럼 하위 범위가 확립되었습니다. 최신 원격 감지 시스템을 사용합니다. 잡초와 재배 식물의 스펙트럼 이미지를 분석하면 근적외선 하위 범위의 파장에서 파란색, 녹색, 빨간색 및 근적외선 전자기 복사의 하위 범위에서 얻은 스펙트럼 밝기 곡선의 특징적인 차이가 관찰되는 것으로 나타났습니다.
농경지의 원격 감지 방법을 널리 사용하기 위한 더 어려운 작업은 식물 질병의 유익한 징후, 무엇보다도 잠재된 형태를 결정하는 것입니다. 이는 질병의 많은 유익한 징후가 연구중인 식물의 비감염성 병리학 징후와 스펙트럼 밝기가 유사하다는 사실 때문입니다.
분광방사법을 사용하여 콜로라도 감자 딱정벌레에 의한 감자 질병 및 감자 식물 손상을 결정하는 데 긍정적인 결과가 얻어졌습니다. 이 방법을 사용하면 감자 재배가 역병의 영향을 받을 때(그림 1), 감염 후 XNUMX일째에 건강한 식물에 비해 반사 스펙트럼 밝기가 급격히 감소하는 것을 관찰할 수 있으며, XNUMX일째에는 감염 후 다음날 스펙트럼 밝기 값은 식물이 거의 죽은 것으로 나타났습니다. 이 경우 역병의 영향을받는 식물의 스펙트럼 밝기 값은 토양에서 반사되는 스펙트럼 밝기 값에 가깝습니다.
콜로라도 감자 딱정벌레에 의해 감자가 손상되면 반사의 스펙트럼 밝기가 해충에 의해 손상되지 않은 식물에 비해 2~XNUMX배 감소하는 것도 관찰됩니다. 그림 XNUMX는 다양한 손상 정도를 고려하여 감자 식물 반사의 스펙트럼 밝기에 대한 데이터를 보여줍니다. 얻은 데이터는 콜로라도 감자 딱정벌레에 의한 감자 식물 피해의 초점을 원격으로 식별하는 방법에 매우 중요합니다.
현재 건강하고 병든 감자 식물과 콜로라도 감자 딱정벌레에 의해 손상된 반사의 스펙트럼 밝기를 기반으로 유익한 특징을 결정하기 위해 수행된 연구를 기반으로 전자기 방사선 파장의 가장 유익한 스펙트럼 하위 범위가 확립되었습니다. UAV 및 SLA를 사용하여 농지의 기본 표면에 대한 다중 스펙트럼 사진을 사용합니다.
질병을 결정할 때 Agrophysical Institute의 연구 결과를 고려할 필요가 있습니다. 이를 통해 질소 및 토양 수분 결핍을 겪는 식물 반사의 스펙트럼 특성을 결정할 수 있습니다.
얻은 결과는 농경지의 식물 위생 상태를 해독할 때 질병에 영향을 받는 식물과 미네랄 영양 또는 토양 수분 부족으로 인한 병리 현상이 있는 식물을 명확하게 구별할 수 있는 정보 기능을 식별하는 데 중요합니다.
다양한 농작물의 질병에 대한 스펙트럼 이미지와 미네랄 영양 또는 토양 수분이 부족한 이러한 작물의 스펙트럼 이미지 라이브러리를 구성하면 원격 정보 수집 결과를 기반으로 정보에 입각한 신속한 결정을 내릴 수 있습니다. 질병이 있는 경우 식물위생 상황을 안정화하거나 기타 요인으로 인해 발생하는 작물의 스트레스 상황을 완화하기 위한 일련의 농업기술적 조치를 수행합니다.
BVS 사용의 다음 중요한 영역은 식물 보호 조치에 사용하는 것입니다. 처음으로 무인 원격 조종 헬리콥터 형태의 UAV가 일본에서 논을 살충제로 처리하기 위해 90년대 초반에 사용되기 시작했습니다. 현재 농업용 드론 생산의 선두주자인 중국에서는 무인항공기를 활용한 가공 면적이 이미 수백만 헥타르를 넘어섰다. UAV 시장은 전 세계적으로 역동적으로 발전하고 있으며, 이러한 항공기의 사용 규모는 매년 400-500% 증가합니다. 전문가에 따르면 전 세계 농업 분야에서 UAV 기술의 시장 가치는 5,7억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.
농업용 드론 중에는 중국 기업인 DJI가 시장을 장악하고 있으며, 가장 널리 사용되는 모델은 DJI Agras T16이다.
이 모델의 UAV 부품 대부분이 복합 재료로 만들어졌기 때문에 장치 무게는 18,5kg(배터리 제외)을 초과하지 않습니다. 식물 보호용 장비를 사용하면 탱크에 작동 유체를 채울 때 기계의 이륙 중량이 41kg에 이릅니다. 붐에 16개의 노즐이 장착된 경우 작동 유체 저장소의 용량은 2,5리터입니다. 이 드론 모델의 장점은 레이더를 탑재해 장애물과의 충돌 위험을 획기적으로 줄여주고, 스포트라이트를 활용해 야간에도 작전이 가능한 점이다. 들판 위의 드론의 최적 비행 고도는 3~30미터이며, 필요한 경우 장치는 XNUMX미터(최대 수평 비행 고도)까지 올라갈 수 있습니다. 이 높이는 다년생 식물, 식물원의 식물, 해충 및 질병으로부터 숲을 치료하는 데 필요합니다.
러시아 연방에서는 쥐와 같은 설치류를 퇴치하기 위해 BVS를 사용하는 것에 대해 긍정적인 결과를 얻었습니다(VIZR 및 Ginus 회사의 참여로 연구가 수행되었습니다). 쥐와 같은 설치류의 굴에 쥐약을 원격 모니터링하고 위치정보를 사용하여 적용하는 현장 테스트에서 수동 적용에 비해 신기술의 정확도가 91% 대 97%인 것으로 나타났습니다.
Sosnovsky hogweed의 분포 지역을 원격 모니터링하기 위해 UAV를 사용하고 이 유해한 종에 대한 제초제 살포 기술을 사용하는 실제 경험이 축적되었습니다.
농업에서 UAV를 사용하는 긍정적인 결과와 전망에도 불구하고 원격 모니터링 및 식물 보호를 위한 효과적이고 안전한 사용에 대한 법률 및 규제 문서 분야에는 다음과 같은 단점과 해결되지 않은 문제가 있습니다.
- 작업 중 장치를 분실할 위험이 있는 높은 UAV 비용;
- 사용에 대한 법적 제한: 전 세계 대부분의 국가에서 UAV는 작업을 수행하는 동안 운영자의 시야 내에 있어야 합니다(거리 500미터 이내).
- 장치를 등록하고 등록해야 하며(대부분의 국가에서 무게가 25kg을 초과하는 경우) UAV를 상업적 목적으로 사용할 수 있는 라이센스를 받아야 합니다.
- 추가적인 고가의 장비와 자격을 갖춘 인력의 필요성: UAV의 중단 없이 효율적인 작동을 위해서는 최소 XNUMX개의 추가 배터리와 이를 충전할 발전기가 필요합니다. 하나의 기계를 수리하는 데 최소 XNUMX명이 참여합니다.
- 기상 조건에 대한 의존도가 높아집니다. 바람이 많이 부는 날씨에는 특히 측면 바람이 강한 경우 장치를 제어하기가 매우 어렵습니다.
- 연방법 No. 109 "살충제 및 농약의 안전한 취급에 관한" 요구 사항에 따라 BVS를 사용하는 식물 보호 제품 사용에 대한 법적 규정이 부족합니다.
- 농업 분야에서 UAV의 안전한 작동에 관한 규제 문서가 부족합니다.
- BVS를 사용하는 식물 보호 제품을 사용할 때 법인 및 개인에 대한 보험 위험 표준이 부족합니다.
- 경제적 유해성 한계점을 고려하여 잡초, 해충 및 질병에 대한 원격 식물위생 모니터링 문제와 그 결과의 자동 해독 문제를 해결하기 위한 높은 가격과 소프트웨어 제품 부족.
모니터링 및 식물 보호를 위한 UAV 사용에 대한 기술 규정에 대한 교육 운영자 및 산업 테스트를 위한 지역 센터를 만드는 것이 시급합니다.
농업의 디지털화를 위한 프로그램의 일환으로, 제초제 사용을 위한 가장 취약한 개발 단계의 잡초 참조 샘플과 주요 작물에 대한 해충 피해의 특징적인 정보 징후가 있는 참조 샘플에 대한 대규모 데이터베이스 개발을 가속화해야 합니다. . 미네랄 영양 수준과 농업 기후 매개변수의 영향을 고려하여 건강하고 병든 식물의 스펙트럼 이미지 라이브러리 형성을 완료하는 것도 마찬가지로 중요합니다.
Anatoly Lysov, 연방 정부 예산 기관 VIZR 통합 식물 보호 연구소 소장, 이메일: lysov4949@yandex.ru