Улучшение качества сельского хозяйства у мелких фермерских хозяйств с помощью мониторинга урожая с использованием беспилотных летательных аппаратов.

Мелкие фермеры играют решающую роль в мировом производстве продуктов питания, но сталкиваются с многочисленными проблемами, от ограниченности ресурсов до непредсказуемых экологических факторов. В эпоху технологического прогресса беспилотные летательные аппараты (БПЛА), широко известные как дроны, стали преобразующей силой в мелком фермерстве.

Эти летательные аппараты предлагают решения, которые потенциально могут произвести революцию в сельскохозяйственной практике и улучшить жизнь мелких фермеров.

Чтобы по-настоящему понять потенциал и влияние дронов на мелкомасштабное сельское хозяйство, исследователи провели углубленный анализ существующих исследований и тенденций в этой области. Полученные результаты проливают свет на захватывающую роль, которую беспилотные летательные аппараты играют в сельскохозяйственных инновациях.

Исследования показывают, что использование дронов в мелкомасштабном сельском хозяйстве растет. За последние несколько лет значительно возрос интерес и инвестиции в эту технологию. Со среднегодовым темпом роста около 311 тыс. тонн с 2016 года эта тенденция свидетельствует о растущем признании ценности дронов в сельском хозяйстве.

Лидерство в сотрудничестве и влияние

Использование дронов в сельском хозяйстве становится ключевым направлением исследований, что находит отражение в академическом сообществе. Такие журналы, как “Drones” и “Remote Sensing”, стали лидерами в публикации исследований, связанных с применением БПЛА в сельском хозяйстве, на их долю приходится около 351 ТБ3Т от общего числа публикаций в этой области. Среди этих журналов “Drones” выделяется наибольшим количеством цитирований, что подчеркивает его значимость.

В глобальном масштабе применения беспилотных летательных аппаратов в мелкомасштабном сельском хозяйстве исследователи выявили 14 стран, являющихся активными участниками этого процесса. Примечательно, что Китай, Южная Африка, Нигерия, Швейцария и США находятся в авангарде этих исследований.

Китай неизменно входит в пятерку лидеров по количеству цитирований, что свидетельствует о его сильных позициях в этой области. Хотя большая часть исследований проводится в пределах национальных границ, начинают появляться некоторые международные формы сотрудничества.

Кроме того, исследование подчеркивает вклад 131 автора, оказавших значительное влияние на эту область благодаря своим 23 публикациям. Известные авторы, такие как Вимбайи Чимоньо, Алистер Клулоу, Тафадзванаше Мабхауди и Мбулиси Сибанда, активно участвовали в продвижении использования дронов в мелкомасштабном сельском хозяйстве.

Что касается цитируемости, то Ола Холл и Магнус Йирстрём входят в число наиболее известных, что свидетельствует об их значительном влиянии на данную тему.

Революционизация мониторинга урожая

Мониторинг развития сельскохозяйственных культур и оценка урожайности становятся основными областями применения БПЛА в мелкомасштабном сельском хозяйстве. Дроны предоставляют уникальную возможность оценить состояние и жизнеспособность культур на протяжении всего вегетационного периода.

Они позволяют выявлять такие проблемы, как нехватка воды, болезни и дефицит питательных веществ. Анализируя данные об отражательной способности сельскохозяйственных культур, мелкие фермеры могут своевременно принимать меры и предотвращать значительные потери урожая. Индексы растительности, полученные с помощью БПЛА, включая NDVI, EVI и SAVI, играют ключевую роль в оценке развития сельскохозяйственных культур.

1. Тонкая настройка управления внесением удобрений

Оптимизация использования удобрений является важнейшим аспектом точного земледелия. Беспилотные летательные аппараты помогают мелким фермерам в этом, оценивая содержание хлорофилла в листьях, которое тесно связано с содержанием азота в листьях.

Эта информация помогает фермерам принимать обоснованные решения о внесении удобрений. Исследования показали, что данные, полученные с помощью БПЛА, могут повысить эффективность внесения удобрений примерно на 101 тонну на 3 тонны.

2. Составление карты посевов для эффективного управления

Точное картографирование — еще одна область, где дроны демонстрируют свои преимущества. С помощью изображений высокого разрешения и машинного обучения беспилотные летательные аппараты помогают мелким фермерам точно картировать свои поля. Эта технология имеет центральное значение для точного земледелия, поскольку она позволяет планировать землепользование и составлять карты посевов.

В рассмотренных исследованиях методы обучения алгоритмов обычно включали использование наземных съемок или изображений высокого разрешения. Для классификации изображений используются такие алгоритмы, как случайный лес, машины опорных векторов и глубокие нейронные сети, что делает картирование сельскохозяйственных культур более точным.

Вызовы и возможности

Хотя потенциал дронов в мелкомасштабном сельском хозяйстве очевиден, важно понимать проблемы, связанные с их внедрением.

1. Недостаток достаточных данных, полученных непосредственно на месте.Многие модели зависят от наличия качественных данных, полученных непосредственно на месте, для их разработки и проверки. Такие данные не всегда легкодоступны и могут быть ограничены по объему.

2. Разнообразие типов БПЛА и полезной нагрузки: Беспилотники бывают разных размеров и типов, каждый из которых обладает своими уникальными возможностями. Время полета и грузоподъемность могут оказаться недостаточными для крупномасштабных сельскохозяйственных работ.

3. Чувствительность к погодным условиямПогодные условия могут существенно повлиять на сбор данных дронами. Сильный ветер и дождь могут создавать проблемы для сбора данных.

4. Доступность по ценеЭксплуатация дронов и приобретение программного обеспечения для обработки данных могут быть дорогостоящими, особенно для мелких фермеров, испытывающих нехватку средств.

5. Техническая экспертиза: Эксплуатация и техническое обслуживание дронов, а также обработка данных требуют специальных навыков, которые не всегда доступны.

6. Нормативно-правовая базаЖесткие правила, обусловленные потенциальными рисками, связанными с эксплуатацией БПЛА, могут ограничивать их использование или требовать получения пилотских лицензий.

7. Вычислительные ресурсыОбработка огромных объемов данных, генерируемых дронами, может быть вычислительно сложной задачей, потенциально требующей дополнительных ресурсов и обучения.

Однако эти вызовы сопровождаются многочисленными возможностями:

1. Разнообразные области применения в точном земледелии: Беспилотники находят широкое применение в точном земледелии, выходя за рамки мониторинга и картирования посевов, включая комплексную борьбу с сорняками, оценку водопотребления, оценку качества и количества оросительной воды, картирование характеристик почвы и составление карт с дифференцированной нормой внесения пестицидов.

2. Многогранные данные для поддержки принятия решений: Разнообразные данные, получаемые с помощью дронов, открывают возможности для разработки инструментов поддержки принятия решений, способных одновременно решать множество задач.

3. Передовые платформы облачных вычисленийТакие платформы, как Google Earth Engine, открывают новые возможности для обработки и анализа данных, полученных с помощью беспилотных летательных аппаратов.

4. Взаимодействие между беспилотниками и спутниками.Беспилотники и спутники могут предоставлять взаимодополняющие данные для различных применений, и необходимы исследования для раскрытия их потенциального синергетического эффекта.

5. Подходы к работе в условиях дефицита данных: Инновации помогают снизить проблему нехватки данных, что демонстрируют подходы, требующие минимального объема данных, полученных непосредственно на месте, и методы трансферного обучения.

6. Анализ затрат и выгод: Сравнение стоимости беспилотных технологий и других методов дистанционного зондирования позволит оценить их доступность и преимущества.

7. Расширение прав и возможностей женщин в сельском хозяйстве: Внедрение точного земледелия с использованием дронов может расширить возможности женщин в мелком фермерском хозяйстве и повысить их способность справляться с трудностями и неопределенностью будущего.

8. Вовлечение молодежи: Модернизация сельского хозяйства с использованием беспилотных летательных аппаратов для точного земледелия может стимулировать интерес молодежи к фермерству, тем самым укрепляя долгосрочную устойчивость и жизнеспособность сектора.

Заключение

В заключение, интеграция дронов в мелкомасштабное сельское хозяйство имеет потенциал для преобразования жизни миллионов мелких фермеров. Предоставляя инновационные решения для мониторинга урожая, управления удобрениями и картографирования, дроны дают фермерам ценную информацию для принятия обоснованных решений. Несмотря на трудности, будущее мелкомасштабного сельского хозяйства с использованием дронов полно возможностей. Быстро развивающаяся технология в сочетании со снижением ее стоимости открывает новые перспективы для сельскохозяйственного сектора и обещает продовольственную безопасность, экологическую устойчивость и экономическое благополучие для фермерских сообществ по всему миру.