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

 Lajos Mihály: Miért választottad kutatási témaként a drónokat?

Tyler Nigon: A drónok az Egyesült Államokban is nagyon népszerűek, mindemelett a fiatal kutatók számára teljesen járatlan tudományos utakat nyitnak meg. A nagy népszerűség oka egyrészt az óriási innováció és tőkeinvesztíció, mely körbeveszi a dróntechnológiát szerte a világban, másrészt a viszonylag kötetlen állami szabályozás. A közelmúltban olyan jogszabályok léptek életbe, amelyek kiszélesítették a drónhasználatot a hobbi felhasználóktól a mezőgazdasági tanácsadókon és kutatókon át a növénytermesztőkig. A precíziós mezőgazdaság vonatkozásában tanulmányozom a drónok és a hozzá kapcsolódó eszközök és megoldások különböző felhasználási lehetőségeit és a velük szemben támasztott követelményeket.

LM: Hogyan jutott el ez a technika a mai állapotáig?

TN: A drónok első megjelenési formái még a papírsárkányok voltak, ugyanis az 1900-as évek elején papírsárkányokat használtak arra a célra, hogy fényképezőgépeket a levegőbe emelve, teljesen új perspektívából mérjék fel a San Franciscó-i tűzvész által okozott károkat. Nem sokkal később Németországban, kamerákat szereltek rakétákra légi felvételek készítése céljából. Ez volt talán az első alkalom, amikor drónokat mezőgazdasági célra is használtak, mivel ezek a fotók a településeken kívüli, szántóföldi növényállományról szolgáltattak légi felvételeket. A második világháború idején fényképezőgépeket erősítettek postagalambokra annak érdekében, hogy fotók készítésével minél előnyösebb megoldásokat találjanak a katonai műveletek végrehajtására. Az 1950-es években használtak először távvezérelt drónokat katonai műveletekhez, de a lényegesen kisebb, a vásárlók széles köre által elérhető méretű drónok csak 2010 környékén kezdtek megjelenni, – így a drónok végül a mezőgazdaság számára is alkalmazhatóvá váltak. A dróntechnológia végül elérkezett a mai megbízható, könnyen kezelhető és megfizethető szintre, ami tökéletes kombinációnak bizonyult a mezőgazdasági ágazatban történő széleskörű elterjedéséhez.

LM: Mire használjátok a drónokat a munkátok során?

TN: A növényzet megfigyeléséhez, a kialakuló termésveszteségek nyomon követéséhez, jobb esetben megelőzéséhez, menedzsment zónák lehatárolásához. Növényvédő szerek és műtrágyák differenciált kijuttatását megalapozó információk gyűjtéséhez. Mindegyik felhasználási terület eltérő követelményeket támaszt a drónokkal és szenzorokkal és néha a kezelő/felvételező személyzettel szemben is.

Egy lehetséges  jó felvételező drón konfiguráció

LM: Hogyan kezditek a munkát?

TN: Amennyiben a kultúrnövény megfigyelésére használunk drónokat, nincs szükségünk semmilyen különleges eszközre. Általában megteszi egy kicsi, egyszerű (és olcsó) drón is. A legfőbb szükséges jellemzői: egyrészt az, hogy a kamera által repülés közben felvett élő közvetítésű videó megtekinthető legyen, másrészt pedig az, hogy be tudjuk állítani a kamera irányát és látószögét minden irányba a távirányító segítségével. Használhatnánk olyan kamerát, amely a közeli infravörös tartományban is képes felvételeket készíteni, de erre – ebben az esetben – nincs szükség. A drónok használatának fő célja a felderítésben az, hogy gyorsan azonosítani tudjuk a táblán belüli problémás területeket, amelyekre nagyobb figyelmet kell fordítania a gazdának vagy az agronómusnak. Amint az eltérő területeket beazonosítottuk, gumicsizmát húzunk, kimegyünk és közelebbről megvizsgáljuk azokat az okokat, melyek a változásokat a területen létrehozták.

LM: Gondolom ettől szofisztikáltabb feladatokat is végeztek a repülések során?

TN: A termésveszteség figyelemmel kísérése és megelőzése magasabb igényeket támaszt mind a kamerákkal, mind a szenzorokkal, mind a szakemberekkel szemben. Ezek a szenzorok eltérnek a hagyományos RGB spektrumú kameráktól (amelyek vörös, zöld, kék színekből alkotnak minden további színt). Ezek az érzékelők olyan jellegzetességeket érzékelnek, amelyekről tudjuk, hogy a növekedést és a növényállomány egészségét befolyásoló fiziológiai folyamatokhoz kapcsolódnak. Ezen tulajdonságok mérése, megfigyelése segíthet a terméskiesés elkerülésében. Ennek egyik lehetősége a hőkamerás képalkotás alkalmazása a szárazságstressz észlelésére és az öntözési döntéshozatali folyamat megalkotására. A hőkamerás képalkotás alkalmazható a fejlődő növény leveleinek/lombjának hőmérséklet-különbségeinek kimutatására. A hőmérséklet-különbséget általában a kultúrnövényben zajló transzspirációs folyamat sebességének változása okozza, ami a kultúra számára rendelkezésre álló talajnedvesség függvénye. A növények érzékelik a talaj kiszáradásának folyamatát, erre reagálnak, lassan bezárják a gázcserenyílásaikat, hogy csökkentsék a párologtatást. A transzspiráció csökkenésével nő a levelek és a légkör közötti határréteg hőmérséklete, – ez az, ami hőkamerával mérhetővé válik.

A drón már erős, de a szenzor még gyenge

A menedzsment zónák lehatárolása esetében nagyobb és hosszabb repülési idővel rendelkező drónok szükségesek, amelyek általában jóval költségesebb technológiát jelentenek. Gyakran radiometrikusan kalibrált multispektrális és hiperspektrális érzékelőket alkalmaznak ebben a kategóriában, mivel ezek a tevékenységek olyan egységes adatokat követelnek meg, amelyek mérése megismételhető. Ez az adat-állandóság azért nagyon fontos, mert az érzékelőkből származó adatokat algoritmusban kell feldolgozni; ezeket agronómiai kutatásokon alapuló speciális célra fejlesztették ki. Ezek az algoritmusok gyakran csak azzal a feltétellel működnek megbízhatóan, hogy a feltöltött adatok rendelkeznek földrajzi koordinátákkal, illetve hiteles, specifikus, spektrális információkkal. Következetes és megismételhető sztenderdek nélkül nagy annak az esélye, hogy az algoritmus nem lesz alkalmas megbízható javaslattételre. Amennyiben a megismételhetőség követelménye teljesül, a kifinomult spektrális szenzorok alkalmasak a növekvő növényállomány változó nitrogénigényének mérésére a szezon során. Lehetővé teszi a gazdálkodók számára, hogy a nitrogénműtrágya kijuttatási javaslataikat helyspecifikusan, az aktuális növényi igényhez igazítsák. Így a drónhasználatnak egyszerre jelentkezhetnek agronómiai, közgazdasági és környezetvédelmi előnyei is.

LM: Van-e olcsó megoldás a felvételező drónokra?

TN: Jelenleg nincs. A néhány száz, esetleg ezer dolláros drónok és az általuk hordozott „fedélzeti eszközök” felnőtt játékszereknek tekinthetők ebben a kategóriában, komoly szakmai eredmény nem várhatók el tőlük.

LM: Milyen a permetező drónok megítélése az Egyesült államokban?

TN: A drónok permetezésre való felhasználása nyilvánvaló előnyökkel járhat – hiszen légijárműként – a repüléssel nem okozunk kárt a növényállományban, illetve taposással nem rombolja a talaj szerkezetét, ezáltal kíméli a talajt és talajéletet. Óriási előnyük, hogy a mivel a drónok vezetőnélküli járművek, illetve a töltés körülményei zárt rendszerré alakíthatók, a személyzet vegyszer expozíciója töredéke lehet a földi kijuttatás gyakorlatához képest. A nem megfelelő használat mellett azonban, a környezeti veszélyeztetés meghaladhatja a szántóföldi kijuttatást.

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

LM: Melyek ezek a kockázati feltételek?

TN: A drónok esetében a minőségi munka korlátja a kijutatott lémennyiségben rejlik. Alacsony hektáronkénti folyadék mennyiségnél a kellő fedettség eléréséhez a cseppbontást növelni szükséges, amely azonban rontja a célfelületre jutás felétételeit. A rotormező alatt képződött cseppekkel látványosan nincs gond (bizonyos sebességig), de azok a cseppek, amelyek cseppképző berendezései nem a rotorok alatt helyezkednek el, azoknak a célfelületre jutása bizonytalan, sőt a visszatörő rotorszél a permetpárát nem leszorítja, hanem megemeli. Hasonlóan problémás a helyzet a permetezési sebesség és magasság növelésével is. Így minden törekvés, ami a területteljesítmény növelésének irányába hat (munkaszélesség és/vagy a munkasebesség növelése) hatványozottan fokozza az elsodródás veszélyét és így egy környezeti vészhelyzet kialakulását. A bizonytalanságot fokozza, hogy a rotorszél mennyisége a permetezési folyamat során úgy módosul, ahogy a hordozott folyadék mennyisége csökken a tankban, azaz nem egy előre beállítható paraméter, mint a légzsákos permetezőknél (bár sokan úgy gondolják). Mivel a permetező drónokkal biztonságosan és jó minőségben alacsony területteljesítménnyel lehet dolgozni, ezért úgy gondolom, hogy legalkalmasabbak kicsi és/vagy nehezen, vagy nem megközelíthető helyek kezelésére, „tájsebészeti” kezelésekre, ahová ezeket az eszközöket eredetileg is fejlesztették.

LM: Elképzelhető a permeteződrónok esetében, az az elméleti szójáték, hogy a JÓ–GYORS–BIZTONSÁGOS hármasból mindig csak kettőt választhatunk?

TN: Igen, ez az elmondottakból kikövetkeztethető. Alacsony hektáronkénti lémennyiségnél a jó minőségű permetezéshez nagy cseppbontás szükséges, de az nem lehet a környezetre biztonságos, ha sietünk (jó–gyors). Ha gyorsan és biztonságosan akarunk permetezni, akkor durvább cseppképzéssel a fedettségi és a minőségi elvárásainkat kell jelentősen feladni (gyors–biztonságos). A jó minőségű-biztonságos permetezést pedig nem lehet gyorsan megvalósítani, így itt a területteljesítmény növelése, vagy hatékonysági, vagy környezetbiztonsági korlátokba fog ütközni.

LM: Milyen munka vár rátok, fiatal kutatókra a jövőben?

TN: A fejlődés szempontjából a legfontosabb annak megfejtése, hogy pontosan hogyan értelmezzük az összegyűjtött adatokat. Az adatok gyűjtése könnyű, de feldolgozásuk idő-, technika- és tudásigényes. Fejlesztenünk kell a döntéstámogató rendszereket, az adatfeldolgozás folyamatait, a kameráinkat (különösen a kalibrációs protokollt, az állandóság és a megismételhetőség elérése érdekében) és természetesen a szenzor adatok talajra és agronómiai jellemzőkre vonatkozó összefüggéseinek megértését.

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…
https://youtu.be/yf8-mNhgYT4