Ulepszanie rolnictwa małych gospodarstw rolnych dzięki bezzałogowym statkom powietrznym Monitorowanie upraw

Drobni rolnicy odgrywają kluczową rolę w globalnej produkcji żywności, ale stoją przed licznymi wyzwaniami, od ograniczeń zasobów po nieprzewidywalne czynniki środowiskowe. W dobie postępu technologicznego bezzałogowe statki powietrzne (BSP), powszechnie znane jako drony, stały się siłą napędową transformacji rolnictwa drobnego.

Tego typu pojazdy latające oferują rozwiązania, które mogą potencjalnie zrewolucjonizować praktyki rolnicze i poprawić życie drobnych rolników.

Aby w pełni zrozumieć potencjał i wpływ dronów na drobne rolnictwo, naukowcy przeprowadzili dogłębną analizę istniejących badań i trendów w tej dziedzinie. Uzyskane w ten sposób informacje rzucają światło na fascynującą rolę, jaką bezzałogowe statki powietrzne odgrywają w innowacjach rolniczych.

Badania pokazują, że wykorzystanie dronów w rolnictwie małorolnym rośnie. W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił znaczny wzrost zainteresowania tą technologią i inwestycji w nią. Przy średniorocznej stopie wzrostu wynoszącej około 311 TP3T od 2016 roku, trend ten świadczy o rosnącym uznaniu wartości dronów w rolnictwie.

Wiodąca współpraca i wpływ

Wykorzystanie dronów w rolnictwie staje się kluczowym obszarem badań, co znajduje odzwierciedlenie w środowisku akademickim. Czasopisma takie jak “Drones” i “Remote Sensing” stały się liderami w publikowaniu badań dotyczących bezzałogowych statków powietrznych w rolnictwie, z liczbą publikacji wynoszącą około 351 TP3T w ogólnej liczbie publikacji w tej dziedzinie. Spośród tych czasopism “Drones” wyróżnia się największą liczbą cytowań, co podkreśla jego znaczenie.

W globalnym krajobrazie zastosowań bezzałogowych statków powietrznych w rolnictwie małorolnym, badacze zidentyfikowali 14 krajów jako aktywnych uczestników. Co istotne, Chiny, Republika Południowej Afryki, Nigeria, Szwajcaria i Stany Zjednoczone przodują w tych badaniach.

Chiny konsekwentnie plasują się w pierwszej piątce pod względem cytowań, co wskazuje na ich silną pozycję w tej dziedzinie. Chociaż większość badań prowadzona jest w granicach kraju, zaczęły pojawiać się pewne formy współpracy międzynarodowej.

Co więcej, badania podkreślają wkład 131 autorów, którzy wywarli znaczący wpływ na tę dziedzinę dzięki swoim 23 publikacjom. Znani autorzy, tacy jak Vimbayi Chimonyo, Alistair Clulow, Tafadzwanashe Mabhaudhi i Mbulisi Sibanda, aktywnie angażowali się w rozwój wykorzystania dronów w rolnictwie małorolnym.

Jeśli chodzi o cytowania, Ola Hall i Magnus Jirström należą do najbardziej znanych, co wskazuje na ich znaczący wpływ na tę tematykę.

Rewolucja w monitorowaniu upraw

Monitorowanie rozwoju upraw i szacowanie plonów to główne zastosowania bezzałogowych statków powietrznych w rolnictwie małorolnym. Drony zapewniają unikalną perspektywę oceny kondycji i wigoru upraw przez cały sezon wegetacyjny.

Potrafią wykrywać problemy takie jak stres wodny, choroby i niedobory składników odżywczych. Analizując dane odbiciowe z upraw, drobni rolnicy mogą wcześnie interweniować i zapobiegać znacznym stratom plonów. Wskaźniki wegetacji uzyskane z bezzałogowych statków powietrznych (UAV), w tym NDVI, EVI i SAVI, odgrywają kluczową rolę w ocenie rozwoju upraw.

1. Dokładne dostrojenie zarządzania nawożeniem

Optymalizacja wykorzystania nawozów jest kluczowym aspektem rolnictwa precyzyjnego. Bezzałogowe statki powietrzne (UAV) pomagają drobnym rolnikom w tym zadaniu, oceniając zawartość chlorofilu w liściach, który jest ściśle powiązany z azotem w liściach.

Informacje te pomagają rolnikom podejmować świadome decyzje dotyczące stosowania nawozów. Badania wykazały, że dane pochodzące z bezzałogowych statków powietrznych (UAV) mogą zwiększyć efektywność nawożenia o około 101 TP3T.

2. Mapowanie upraw w celu efektywnego zarządzania

Dokładne mapowanie to kolejny obszar, w którym drony przodują. Dzięki obrazowaniu o wysokiej rozdzielczości i uczeniu maszynowemu, bezzałogowe statki powietrzne pomagają drobnym rolnikom w precyzyjnym mapowaniu pól. Technologia ta ma kluczowe znaczenie dla rolnictwa precyzyjnego, ponieważ dostarcza informacji na temat użytkowania gruntów i mapowania upraw.

W analizowanych badaniach metody uczenia algorytmów zazwyczaj wykorzystywały pomiary naziemne lub obrazy o wysokiej rozdzielczości. Do klasyfikacji obrazów wykorzystuje się algorytmy takie jak losowy las, maszyny wektorów nośnych i głębokie sieci neuronowe, co zwiększa precyzję mapowania upraw.

Wyzwania i szanse

Choć potencjał dronów w rolnictwie małorolnym jest oczywisty, należy mieć świadomość wyzwań, jakie wiążą się z ich przyjęciem.

1. Brak wystarczających danych in-situWiele modeli opiera się na dostępności wysokiej jakości danych in situ do rozwoju i walidacji. Dane te nie zawsze są łatwo dostępne i mogą mieć ograniczony zakres.

2. Różnorodne typy i ładunki bezzałogowych statków powietrznych: Drony występują w różnych rozmiarach i typach, z których każdy ma inne możliwości. Ich czas lotu i udźwig mogą nie być odpowiednie do zastosowań rolniczych na dużą skalę.

3. Wrażliwość na pogodęWarunki pogodowe mogą znacząco wpływać na zbieranie danych przez drony. Silny wiatr i deszcz mogą utrudniać zbieranie danych.

4. Przystępność cenowa:Korzystanie z dronów i zakup oprogramowania do przetwarzania danych może być kosztowne, zwłaszcza dla drobnych rolników borykających się z niedoborami gotówki.

5. Wiedza techniczna: Obsługa i konserwacja dronów, a także przetwarzanie danych, wymagają specjalistycznych umiejętności, które nie zawsze są łatwo dostępne.

6. Ramy regulacyjne:Surowe przepisy, wywołane potencjalnymi ryzykami związanymi z obsługą bezzałogowych statków powietrznych, mogą ograniczać ich użycie lub wymagać uzyskania licencji pilota.

7. Zasoby obliczeniowe:Obsługa ogromnych ilości danych generowanych przez drony może być wymagająca pod względem obliczeniowym, co może wiązać się z koniecznością zaangażowania dodatkowych zasobów i szkoleń.

Jednakże wyzwaniom tym towarzyszą liczne możliwości:

1. Różnorodne zastosowania w rolnictwie precyzyjnym: Drony znajdują zastosowanie w rolnictwie precyzyjnym w wielu dziedzinach, wykraczających poza monitorowanie i mapowanie upraw. Obejmują one zintegrowane zwalczanie chwastów, szacowanie zużycia wody, ocenę jakości i ilości wody nawadniającej, mapowanie atrybutów gleby oraz tworzenie map zmiennego dawkowania pestycydów.

2. Wieloaspektowe dane wspomagające podejmowanie decyzji: Różnorodne dane dostarczane przez drony otwierają drogę do opracowania narzędzi wspomagających podejmowanie decyzji, które mogą jednocześnie służyć realizacji wielu celów.

3. Zaawansowane platformy przetwarzania w chmurzePlatformy takie jak Google Earth Engine oferują nowe możliwości przetwarzania i analizy danych z bezzałogowych statków powietrznych.

4. Synergia między dronami i satelitamiDrony i satelity mogą dostarczać uzupełniających się danych do różnych zastosowań, a aby odkryć ich potencjalną synergię, konieczne są badania.

5. Podejścia do środowisk z niedoborem danych: Innowacje sprawiają, że niedobór danych staje się coraz mniejszą przeszkodą, o czym świadczą podejścia wymagające minimalnej ilości danych in-situ i metod transferu wiedzy.

6. Analiza kosztów i korzyści: Porównanie kosztów technologii dronów i innych technik teledetekcji rzuci światło na ich przystępność cenową i korzyści.

7. Wzmocnienie pozycji kobiet w rolnictwie: Wdrożenie rolnictwa precyzyjnego z wykorzystaniem dronów może pomóc kobietom zajmującym się drobnymi gospodarstwami rolnymi oraz poprawić ich zdolność do stawiania czoła wyzwaniom i przyszłym niepewnościom.

8. Zaangażowanie młodzieży: Modernizacja rolnictwa poprzez zastosowanie rozwiązań rolnictwa precyzyjnego opartych na bezzałogowych statkach powietrznych może pobudzić zainteresowanie rolnictwem wśród młodzieży, tym samym zwiększając trwałość i odporność tego sektora.

Wniosek

Podsumowując, integracja dronów z drobnym rolnictwem ma potencjał, aby odmienić życie milionów drobnych rolników. Zapewniając innowacyjne rozwiązania w zakresie monitorowania upraw, zarządzania nawożeniem i mapowania, drony dostarczają rolnikom cennych informacji, które pozwalają im podejmować świadome decyzje. Pomimo wyzwań, przyszłość drobnego rolnictwa z dronami jest pełna możliwości. Szybko rozwijająca się technologia, w połączeniu z jej malejącymi kosztami, otwiera nowe możliwości dla sektora rolniczego i daje obietnicę bezpieczeństwa żywnościowego, zrównoważonego rozwoju środowiska i dobrobytu ekonomicznego społeczności rolniczych na całym świecie.