A drónok felhasználási lehetőségei a mezőgazdaságban – múlt, jelen és jövő

Tyler J. Nigont, aki doktori kutatási programja keretében drónokkal foglalkozik a minnesotai egyetemen, arra kértük Kecskeméten, az AgroFIELD Akadémia Konferencián tartott előadása után, hogy beszéljen a ma igen népszerű drónokról, a drónokhoz kapcsolódó kutatásairól, a vezető nélküli légi járművek jelenéről és várható jövőjéről a mezőgazdaságban.

– Miért a drónokat választottad kutatási témául?

– A drónok az Egyesült Államokban nagyon népszerűek, emellett a ‑atal kutatók számára olyan kutatási területet jelentenek, ahol új tudományos eredmények elérésének lehetősége kecsegtet. A népszerűség oka egyrészt az innováció, vagyis egy eddig nem alkalmazott eszköz használata, másrészt a többé-kevésbé kötetlen állami szabályozás. A közelmúltban életbe lépett jogszabályok széles körben lehetővé teszik a drónok használatát a hobbifelhasználóktól a mezőgazdasági tanácsadókon és kutatókon át a növénytermesztőkig. A precíziós mezőgazdaság vonatkozásában tanulmányozom a drónok és a hozzájuk kapcsolódó eszközök és megoldások különböző felhasználási lehetőségeit. Az is érdekel, hogy a növénytermesztési felhasználás során milyen speciális követelményeknek kell megfelelniük a berendezéseknek

– Milyen lépéseken keresztül tudod bemutatni a dróntechnika fejlődését?

– A legelső drónok, vagyis olyan légi járművek, amelyeknek a vezetője nem ül bent a gépben, nem repül a géppel együtt, papírsárkányok voltak.


Amikor két drón nem tesz ki egyet.... Van olyan feladat, amihez már nem játékszerek kellenek, hanem megoldás

Az 1900-as évek elején San Franciscóban óriási tűzvész pusztított, és annak érdekében, hogy pontosan felmérjék a károkat, papírsárkányokra erősítettek fényképezőgépeket, és azokat felbocsátva teljesen új perspektívából tudtak fényképeket készíteni. A következő lépést Németországban tették meg, ahol rakétákra szereltek kamerákat azért, hogy légi felvételeket készítsenek. Ez volt az első alkalom, amikor drónokat mezőgazdasági célra is használtak, mivel ezekre a fotókra a szántóföldek is rákerültek, így légi felvételeken lehetett látni a növényállomány állapotát. A második világháború alatt fényképezőgépeket erősítettek postagalambokra annak érdekében, hogy a fotók elkészítésével minél alkalmasabb helyeket találjanak a katonai műveletek végrehajtására. Az 1950-es években használták először a távvezérelt drónokat katonai akciókban. A polgári célra szánt, lényegesen kisebb, a vásárlók széles köre által elérhető drónok 2010 környékén kezdtek megjelenni, így a drónok végül a mezőgazdaság számára is alkalmazhatóvá váltak. A dróntechnológia ma megbízható, könnyen kezelhető és megfizethető, ami teljes mértékben megfelel a mezőgazdaság számára

– Ti pontosan mire használjátok a drónokat?

– Az egyik használati terület a növényzet megfigyelése és az ebből levonható következtetések megtétele, például a termésveszteségek kialakulásának nyomon követése – jobb esetben megelőzése. A drónokkal felvételezett információk hozzájárulnak a menedzsmentzónák lehatárolásához. A drónok ugyanígy alkalmasak differenciált kijuttatást megalapozó információk gyűjtéséhez (pl. növényvédő szerek és műtrágyák esetében). Azt viszont nem lehet eléggé hangsúlyozni, hogy minden egyes felhasználási terület eltérő követelményeket támaszt a drónokkal, a szenzorokkal és nem utolsósorban, sokszor a kezelő-/felvételező személyzettel szemben is.

– Hogyan lehet nekifogni a drónokkal való munkának?

– Ha a kultúrnövény megfigyelésére használ valaki drónt, nincs szüksége semmi különleges eszközre. Általában elegendő egy kicsi, egyszerű és olcsó drón. A legfontosabb jellemzői ennek szerintem a következők: a repülés közben felvett élő közvetítés megtekinthető legyen, emellett pedig fontos, hogy be tudjuk állítani a kamera irányát és látószögét minden irányba a távirányító segítségével. Olyan kamera is létezik, amely a közeli infravörös tartományban is képes felvételeket készíteni, de erre a feladatra fölösleges ilyet beszerezni. A drónok használatának fő célja a növénymegfigyelés során az, hogy gyorsan azonosítani tudjuk a táblán belül azokat a területeket, ahol a növényzettel valami gond van, amelyekre jobban oda kell majd figyelnünk. Amint ezeket a területeket beazonosítottuk, a gumicsizmát felvéve kimegyünk, és közelebbről megvizsgáljuk a lehetséges okokat, amelyek a változásokat előidézték.

– Milyen feladatokat tudtok még elvégezni a repülések során?

– Ha a termésveszteség kialakulását szeretnénk figyelemmel kísérni és megelőzni, akkor magasabb igényekkel találkozunk mind a kamerákat, mind a szenzorokat, mind a szakembereket illetően. Ezek az érzékelők eltérnek a hagyományos RGB-kameráktól (ezek vörös, zöld, kék színekből alkotnak minden további színt). Ezek az érzékelők olyan jellemzőket érzékelnek, amelyekről tudni lehet, hogy a növekedést és a növényállomány egészségét befolyásoló fiziológiai folyamatokhoz kapcsolódnak. E tulajdonságok megfigyelése és mérése lehetőséget biztosít arra, hogy csökkentsük a termésveszteséget. Egyik lehetőségünk a hőkamerás képalkotás. A hőkamerás képalkotás alkalmas a fejlődő növények levélfelületén kialakuló hőmérséklet-különbség megmérésére. Ez lehetővé teszi a szárazságstressz észlelését, és segítséget nyújt az öntözéssel kapcsolatos döntéshozásban – vagyis, hogy öntözzünk-e vagy sem. A levél felszínén kialakuló hőmérséklet-különbséget a növényben zajló transpirációs folyamat sebességének változása okozza, ami a kultúra számára rendelkezésre álló talajnedvesség függvénye. A növények érzékelik a talaj kiszáradását, lassan bezárják a gázcserenyílásaikat, hogy csökkentsék a párologtatást. Csökken a transpiráció, aminek következtében nő a levelek és a légkör közötti határréteg hőmérséklete – ezt hőkamerával mérni lehet.


Tyler J. Nigon az AgroFIELD Akadémia Konferencián tartott előadást

A menedzsmentzónák lehatárolása esetében nagyobb és hosszabb repülési idővel rendelkező drónt kell használnunk – ezek már jóval drágább eszközök, és a vezetésük is bonyolultabb. Gyakran külön szakismeretet követelő multispektrális és hiperspektrális érzékelőkkel látják el ezeket. A menedzsmentzónák lehatárolása a felvett adatok szempontjából nagyon igényes tevékenység, csak azonos módszertannal és pontossággal rögzített adatokkal lehet dolgozni, és a jellemzők mérését meg is kell tudni ismételni korlátlan mennyiségben.


A drón már erős, de a szenzor még gyenge

Az adatok ilyen jellegű állandósága azért nagyon fontos, mert az érzékelőkből származó adatokat számítógéppel, algoritmusokban fogjuk feldolgozni. Az algoritmusok sokszor azzal a feltétellel működnek megbízhatóan, hogy a feltöltött adatok rendelkeznek földrajzi koordinátákkal, illetve hiteles, specifikus, spektrális információkkal. Amennyiben az adatok szerkezete nem egységes és azok nem elég részletesek, akkor nagy annak az esélye, hogy az algoritmusokból nem nyerhető ki megbízható döntéstámogatási javaslat. Amennyiben olyan eszközökkel dolgozunk, amelyekkel a fentebb bemutatott kívánalmaknak megfelelően, megismételhetően tudunk adatokat felvételezni, akkor a drónokra szerelt érzékeny spektrális szenzorokkal figyelemmel tudjuk kísérni a növények növekedése során jelentkező változó nitrogénigényt. Ez a technológia és döntéstámogatás lehetővé teszi a gazdálkodók számára, hogy a nitrogénműtrágya mennyiségét, kijuttatásnak idejét és módját helyspecifikusan és a növények mindenkori igényéhez igazítsák. Így a drónok használata egyszerre jelent agronómiai, közgazdasági és környezetvédelmi előnyt a menedzsmentzónák lehatárolása során.

Egy lehetséges jó felvételeződrón-konfiguráció

– Az adatfelvételezéseket olcsó drónokkal is végre lehet hajtani?

– A technika jelenlegi állása és a hozzá kapcsolódó árak miatt egyelőre nem. Az igazán megbízható, részletes adatokat szolgáltató eszközök egyelőre drágák. Olcsónak a néhány száz, esetleg ezer dolláros drónokat és az általuk hordozott fedélzeti eszközöket tekintjük. Az ehhez az árszinthez tartozó eszközöktől, a technikai jellemzőik miatt komoly szakmai eredmény nem várható.

– Hogyan állnak a drónokkal történő permetezéshez az Egyesült Államokban?

– A drónok permetezésre való szakszerű felhasználása egyértelmű előnyökkel jár. Ezek közé tartozik például az, hogy alkalmazása során nincs taposási kár, illetve olyan talajállapotnál is tudunk dolgozni, amikor szántóföldi géppel nem tudjuk megközelíteni a tábláinkat. A permeteződrón a növényállományt is kíméli, hiszen a növények fölött közlekedik. A drónok vezető nélküli járművek – ebből következik óriási egészségvédelmi előnyük, mivel ennek eredményeként a permetezőszemélyzet vegyszerekkel szembeni kitettsége lényegesen kisebb. Technikailag megoldható, hogy a töltés körülményeit zárt rendszerré alakítsuk, és ez tovább csökkenti a személyzet vegyszer-expozícióját. Nagyon fontos azonban megemlíteni, hogy nem megfelelő szintű szaktudás és gyakorlat birtokában a drónnal történő permetezés a környezet szempontjából lényegesen veszélyesebb lehet, mint a szántóföldi kijuttatás.

– Milyen kockázatok jellemzik a drónokkal történő permetezést?

– A drónok esetében a minőségi munka korlátja a kijuttatott lémennyiség. Többek között a drónok teherhordozó-képességi korlátai miatt alacsony hektáronkénti folyadékmennyiséggel kell a szükséges mértékű fedettséget elérnünk – ehhez kisebb cseppeket kell előállítanunk, de a fizika törvényei miatt ez rontja a célfelületre jutás feltételeit. A rotorok alatt képzett cseppekkel nincs probléma (magától értetődően bizonyos sebességig), de azoknak a cseppeknek, amelyek cseppképző berendezései nem a rotorok alatt helyezkednek el a célfelületre jutása bizonytalan, sőt, a rotorszél a cseppeket nem leszorítja, hanem felemeli.

Ehhez hasonlóan akkor is problémákkal szembesülünk, ha a permetezési sebességet (ezzel növelve a munkasebességet) és/vagy a magasságot akarjuk növelni (ami a munkaszélességet növeli). Így minden törekvés, ami a területteljesítmény növelésének irányába hat, hatványozottan fokozza az elsodródás veszélyét, ami pedig mindenki által ismerten környezeti veszélyt jelent. A bizonytalanságot fokozza, hogy a rotorszél mennyisége a permetezés során módosul, méghozzá a hordozott folyadék mennyiségváltozásának eredményeként – ez azt jelenti, hogy a rotorszél hatása nem egy előre beállítható paraméter, mint a légzsákos permetezőknél. A tapasztalataim szerint erre sokan nem gondolnak vagy nem tulajdonítanak neki jelentőséget. Tapasztaltuk, hogy drónnal biztonságosan és jó minőségben alacsony területteljesítmény mellett lehet permetezni, ezért az a véleményem alakult ki, hogy ezek az eszközök kicsi és/vagy nehezen vagy nem megközelíthető helyek kezelésére a legalkalmasabbak a mai technikai-technológiai színvonalon. Eredetileg a drónokat éppen ilyen helyek elérésére fejlesztették ki.

– A permeteződrónok esetében is érvényes a „háromból kettő” – vagyis a JÓ-GYORS-BIZTONSÁGOS hármasból mindig csak kettőt választhatunk?

– Igen. Az előzőekben beszéltünk a drónos permetezés előnyeiről és kockázatairól, amiből ez egyértelműen kikövetkeztethető. Alacsony hektáronkénti lémennyiségnél a jó minőségű permetezéshez nagy cseppbontás szükséges, és az nem lehet a környezetre biztonságos, ha sietünk (jó és gyors, de nem biztonságos, az elsodródási veszély miatt). Ha gyorsan és biztonságosan akarunk permetezni, akkor durvább cseppképzéssel a fedettségi és a minőségi elvárásainkat kell jelentősen feladni (gyors és biztonságos, de a durva cseppek miatt nem jó). A jó minőségű-biztonságos permetezést pedig nem lehet gyors repüléssel megvalósítani, így itt a területteljesítmény növelése vagy hatékonysági vagy környezetbiztonsági korlátokba fog ütközni (jó és biztonságos, de nem lehet gyors).

– Milyen munka vár a fiatal kutatókra, rátok, a jövőben?

– Annak megfejtése adja fel leginkább a leckét, hogy pontosan hogyan értelmezzük az összegyűjtött adatokat. Az adatok gyűjtése könnyű; ha van berendezésed, előbb-utóbb adatod is lesz. Az igazi munka az értelmezés – feldolgozásuk idő-, technika- és tudásigényes. Fejlesztenünk kell az adatfeldolgozás folyamatait, az eszközöket, beleértve a kamerákat is (különösen a megfelelő kalibráció miatt, az állandóság és a megismételhetőség érdekében), és természetesen a szenzoradatok talajra és agronómiai jellemzőkre vonatkozó összefüggéseinek megértésén is dolgoznunk kell. A végső cél a döntéstámogató rendszerek fejlesztése, amelyek algoritmusok alapján értelmezik a felvételezett adatokat, és megfelelő tanáccsal szolgálnak a gazdálkodónak.

– Köszönöm a beszélgetést!

Az alábbi QR-kód, ill. link segítségével elérhető videón látható, hogy normál cseppontás mellett, szélcsendes időben, alacsony magasságban, normál munkaszélesség esetén (szórótestek csak a rotormező alatt helyezkednek el) a gyakorlat számára elfogadható munkasebességnél milyen jelentős permetfátyol-leválás tapasztalható, mely a célfelületet elkerülve a környezetbe kerül. Mindez ideális permetezési feltételek mellett.

Elgondolkodtató...

SZERZŐ: LAJOS MIHÁLY ÜGYVEZETŐ • AGROFIL-SZMI KFT.

no