Bepiločių aerotechnologijų taikymas žemės ūkyje turėtų gerokai supaprastinti ir atpiginti duomenų, būtinų tiksliajai žemdirbystei plėtoti, gavimo procesą, padidinti jų gavimo operatyvumą ir sumažinti priklausomybę nuo nepalankių oro sąlygų – tarkime, didelio debesuotumo. Kuriama bepiločių orlaivių naudojimo žemės ūkyje sistema daugiausia yra orientuota į augalininkystę, tačiau taip pat galima ją naudoti ir po atviru dangumi plėtojamoje gyvulininkystėje, žuvininkystėje, miškininkystėje.

Naudojant sukurtą technologiją ir jos valdymo procesus, bus galima giliau ir nuodugniau pažinti žemės derlingumą lemiančius veiksnius, įvertinti įvairaus intensyvumo ilgalaikio žemės ūkio teritorijų naudojimo poveikį dirvožemiams ir jų našumui, o atsižvelgiant į vertinimo rezultatus, teikti tikslias rekomendacijas žemės dirbimo sistemai tobulinti. Naudojant šią sistemą, gerokai sumažės tiesioginio dirvos fizinių ir cheminių parametrų nustatymo išlaidos.

Skrydžio metu gauti ir automatizuotai apdoroti duomenys padės racionali-zuoti ir tikslinti pirminio žemės apdirbimo, pasėlių priežiūros, pasėlių būklės įvertinimo procesą, kartu sumažinti technikos amortizacijos, kuro, trąšų, pesticidų ir laiko sąnaudas, išlaikyti buvusio lygio derlingumą ir jį padidinti.

Vienas iš pagrindinių iššūkių, tenkančių šiuolaikiniam žemės ūkiui, yra tvarus jo vystymas, orientuojantis į tiksliosios ir tvariosios žemdirbystės sprendimus. Kompleksiniams uždaviniams spręsti tarpusavyje turi bendradarbiauti mokslininkai, technologijų specialistai, ūkininkai ir verslo įmonių atstovai. Tokio bendradarbiavimo pavyzdys – patirties, sukauptos Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro (LAMMC) Žemdirbystės instituto Dirvožemio ir augalininkystės skyriuje ir Cheminių tyrimų laboratorijoje, Vilniaus universiteto Geografijos ir kraštotvarkos katedroje, Lietuvos bepiločių orlaivių naudotojų asociacijoje (LBONA) bei Taikomosios aviacijos asociacijoje, sujungimas bendram tikslui – žemės ūkio pažangai ir tvarumui didinti.

Pagrindinis tikslas – gauti naudotojui plika akimi ir tiesiogiai nematomą erdvinę informaciją apie jo turimus išteklius, ją pateikti lengvai suprantama išraiška. Taip pat ne mažiau svarbus pirminės aerofotografinės medžiagos apdorojimo algoritmų sukūrimas GIS pagrindu veikiančios programinės įrangos ir (arba) atskirų autonomiškai veikiančių programų pagrindu.

Svarbu ir piloto kompetencija, ir parengiamieji darbai

Vertinti agroekosistemų išteklius naudojantis bepiločiais orlaiviais (BO) yra sisteminis sprendimas, susidedantis iš kelių etapų, kurie tarpusavyje turi būti gerai suderinti. Kadangi ši technologija yra susijusi su kokybinės informacijos rinkimu nuotoliniu būdu, labai svarbu patyręs ir kompetentingas bepiločio orlaivio valdytojas (operatoriaus). Nuo jo įgūdžių priklausys ne tik informacijos surinkimo ir vėlesnio apdorojimo kokybė, tačiau ir brangios įrangos, ypač specializuotų sensorių, išsaugojimas.

Taip pat labai svarbu yra parengiamieji darbai, t. y. teritorijos topografinės situacijos analizė ir skrydžio rizikos veiksnių (objektų, kurie gali turėti įtakos skrydžiui) vertinimas, oro sąlygų (vėjo krypties ir stiprumo) įvertinimas ir, atsižvelgiant į tai, skrydžio maršruto sudarymas.

Atsižvelgiant į konkrečią žemės ūkio teritoriją ir sprendžiamą situaciją, bepilotis orlaivis turi būti tam tikros komplektacijos. Schemoje pateikta principinė nuotoliniu būdu valdomo fiksuoto sparno bepiločio orlaivio su lengvai keičiamu, įvairaus spektro vaizdus fiksuojančiu moduliu, sistema. Išskirtinė tokio tipo BO savybė yra lengvai ir paprastai pakeičiamos korpuso dalys: moduliai, kuriuose įmontuoti ir su skrydžio bei informacijos perdavimu susijusia sistema suderinti reikalingų daviklių ir sensorių (skirtingo tipo kamerų, jų derinių) komplektai.

Nuo modulyje esančių sensorių paskirties priklauso atliekamos užduoties pobūdis, BO skrydžio parametrai (skrydžio laikas, atstumas) ir rezultatų pobūdis. Keičiami nuotoliniu būdu valdomo orlaivio moduliai (jo konstrukcija ir struktūra) turėtų užtikrinti jame įmontuotų jutiklių apsaugą nuo galimų mechaninių pažeidimų ir, svarbiausia, optimalų jiems numatytų funkcijų atlikimą.

Esami geografinių informacinių sistemų (GIS) sprendimai ir didelės spartos techninės kompiuterinės įrangos galimybės sudaro sąlygas operatyviai apdoroti labai daug surinktos informacijos. Dalį veiksmų galima automatizuoti ir standartizuoti, taip spartinant rezultatų gavimą ir sprendimų priėmimą.

Duomenis dar reikia mokėti teisingai interpretuoti

Nepaisant to, priimant galutinius sprendimus, sudarant vertinamų dirvožemio ar pasėlių savybių tematinius žemėlapius, procese turi dalyvauti ir tų teritorijų ypatumus žinantys konkrečios srities (agronomijos, dirvotyros, gamtinės geografijos, agroekosistemų, kraštovaizdžio) mokslininkai, nes pateikiamo rezultato kokybė labai priklauso nuo įžvalgaus, giliomis mokslinėmis žiniomis grįsto informacijos interpretavimo. Tik teisingas informacijos interpretavimas padeda priimti teisingus sprendimus.

Siekiant iš bepiločių orlaivių gautą informaciją susieti su realia situacija, būtinas teritorijos, virš kurios skrendama, empirinis mokslinis tyrimas. Per jį nustatomos sąsajos tarp faktinių dirvožemio ir pasėlių rodiklių duomenų ir gautų aerofiksavimo metu realaus vaizdo ir spektrinės fotografijos duomenų. Pastarieji ryšiai ir dėsningumai priklauso tiek nuo gamtinio pagrindo ypatumų (pagrindą sudarančių nuogulų), tiek nuo meteorologinių sąlygų.

Įvairaus spektro aerofotografinės medžiagos itin tikslūs automatizuoto apdorojimo algoritmai dažnai tinka tik tam tikromis gamtinėmis-klimatinėmis sąlygomis. Štai kodėl panašių technologiniųprograminių sprendimų, kurie sukurti kitose valstybėse (esant kitoms gamtinėms ir klimato sąlygoms), tiesioginis taikymas be koreliacijos su antžeminiais tyrimais yra nekorektiškas, o rezultatai daugeliu atvejų gali būti su itin didele paklaida.

Kokio tipo orlaiviai tiktų?

Tiriant žemės ūkio naudmenų savybes nuotoliniu būdu, atsižvelgiant į užduoties pobūdį (numatomos tirti teritorijos plotą, meteorologines sąlygas, nešamo naudingo krovinio masę), galima panaudoti dviejų tipų orlaivius. Didelėms teritorijoms tirti ir kartografuoti labiau tinka fiksuoto sparno orlaiviai, o nedidelėms, kai pakanka tik pakilimo ir nebūtinos skrydžio trajektorijos sudarymas nuotraukų serijai gauti, tinkamesni yra multikopteriai (sukasparniai).

Dirvožemio išteklių vertinimas

BO naudojimas leidžia patikslinti esamą (Dirv_DR10LT) GIS dirvožemių duomenų bazės duomenimis paremtą dirvožemio dangos vaizdą. Metodas labiausiai tinka augalais neuždengtiems dirbamiems laukams vertinti, tačiau sudaro prielaidas tikslinti ir kitų žemės ūkio naudmenų dirvožemio dangos kontūrus, išskiriant juos pagal greta esančius dirbamus laukus arba dešifruojant pagal požymius, atsekamus kultūrinių augalų dangoje.

Panaudotas aerodistancinio tyrimo metodas padeda įvertinti, kokio laipsnio dirvožemio dangos erozija. Atliktas tyrimas parodė, kad, palyginti su GIS duomenų bazėje esančia informacija, po skrydžio duomenų iššifravimo nustatyta, kad tirtoje teritorijoje eroduotų dirvožemių plotas padidėjo beveik 65 proc., buvo išskirti laikinai užmirkę (JvP1, JvP2) dirvožemiai ir reikšmingai sumažėjo pelkinių dirvožemių plotai.

Taip pat labai svarbu tai, kad išskirti deliuviniai dirvožemiai, dėl kurių netolygiai pasiskirsčiusios organinės medžiagos dirvožemyje. Tad galima tiksliai apskaičiuoti organinių medžiagų sankaupas dirvožemyje ir operatyviai išskirti plotus, kur jų trūksta.

Pritaikytas tyrimų metodas rodo, kad lokalaus lygmens Lietuvos dirvožemio dangos teritorinės struktūros tyrimai šiuo metu žengia tik pirmuosius žingsnius.

Laukinių gyvūnų žalos pasėliams vertinimas

Iš bepiločių orlaivių gauta aerofotografinė medžiaga buvo panaudota laukinės gyvūnijos (konkrečiai – šernų) padarytų pažeidimų mastui kukurūzų pasėliuose nustatyti. Naudojantis aerofotografijomis, buvo identifikuoti šernų sunaikinti pasėlių plotai ir nustatyta jų dalis bendrame plote.

Tose vietose, kur matyti itin netolygus pažeidimų pobūdis (pažeisti ir sveiki plotai yra smulkūs ir netolygiai išsidėstę), pažeidimų plotas identifikuotas vienodą pažeidimo pobūdį turinčiam arealui suteikiant atitinkamą pažeidimo intensyvumo laipsnį (pvz., 10 arba 60 proc.). Žinant pažeidimų intensyvumą ir šių dalių plotus, nesunku suskaičiuoti bendrą pažeistą pasėlio dalies plotą. Taip padarytą žalą galima apskaičiuoti vos su 5–10 proc. paklaida.

Jeigu pažeidimai koncentruoti ir aiškiai lokalizuoti, jų identifikavimo ir apskaičiavimo paklaida gali sumažėti iki 2 procentų. O įprastinio teritorijos apžvalgos iš pakeliamo bokštelio metodo (jis oficialiai taikomas pasėlių pažeidimams vertinti) tikslumas nepalyginamai mažesnis. Praktika rodo, kad įprastu būdu nustatytų pažeistų pasėlių plotas daugeliu atveju būna 2–2,5 karto mažesnis, palyginti su bepiločių orlaivių atliekamu vertinimu.

Kuo dar gali būti naudingi bepiločiai orlaiviai?

• Detali žemės paviršiaus be augalų dangos aerofotografinė nuotrauka padeda preciziškai identifikuoti skirtingus dirvožemio tipologinius vienetus ir sudaryti itin tikslų vietos dirvožemio dangos planą.
• Naudojamu metodu galima identifikuoti atskirų tiriamojo žemės paviršiaus dalių humusingumą, o kartu ir potencialų derlingumą.
• Nesunkiai identifikuojamos sudrėkusios sklypo dalys, kurios dėl šaltiniavimo ar sutrikusio melioracijos sistemų veikimo užmirksta.
• Galima sudaryti tiriamo sklypo racionalaus ekologiško naudojimo planą. Atskiras sklypo dalis pritaikyti skirtingiems žemės ūkio augalams auginti ar alternatyviai ūkinei veiklai.
• Galima sudaryti sklypo apdirbimo žemės ūkio padargais planą, kuriuo remiantis ilgainiui padidėtų bendras sklypo produktyvumas.

***

Bepiločių orlaivių taikymo žemės ūkyje galimybės

• Laukinės gyvūnijos padarytos žalos dydžio nustatymas pasėliuose
• Pasėlių užmirkimo padarytos žalos dydžio nustatymas
• Žemės ūkio teritorijų apaugimo krūmais (renatūralizacijos) dydžio fiksavimas
• Melioracijos griovių būklės identifikavimas
• Sugadintų ir nefunkcionuojančių melioracijos sistemos dalių identifikavimas
• Žemės ūkio teritorijų fizinės ir vizualinės taršos židinių identifikavimas
• Dirvožemio išteklių inventorizavimas ir kartografavimas
• Detalių dirvožemio našumo žemėlapių sudarymas ir tikslinimas
• Detalus dirvožemio erozijos lygio ir masto vertinimas
• Organinės medžiagos kiekio dirvožemyje vertinimas
• Dirvožemio užmirkimo ir galimo gilesnių sluoksnių suslėgimo (armens pado) nustatymas

***

Bepiločiai orlaiviai, vadinamieji „dronai“, yra tapę viena iš labiausiai dėmesį patraukiančių technologijų šiuolaikinėje modernioje visuomenėje. Nepaisant to, kad ši technologija pasaulyje labai sparčiai plėtojama, Lietuvoje ji dažniausiai naudojama ne mokslinio pobūdžio problemoms spręsti, bet pramoginėje veikloje. Dažniausiai pritaikoma fotografuoti ar filmuoti. Reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kad bepiločius orlaivius galima pritaikyti kur kas įvairiau, nors ir tenka pripažinti, kad šiuo metu panaudojimo galimybes riboja itin aukštos sensorių ir jutiklių kainos.

***

Atliktas tyrimas rodo, kad, taikydami bepiločių orlaivių technologijas, žemės ūkio naudmenų valdytojai gali itin tiksliai inventorizuoti savo žemę, labai tiksliai įvertinti jos našumą, išskirti problemines teritorijas, kuriose būtina didinti dirvožemio našumą. Leidžia nustatyti tikslų dirvožemio dangos erozijos laipsnį ir plotą, atlikti jų statistinę analizę. Galima nustatyti užmirkusių žemės ūkio naudmenų plotus, patikslinti durpžemių kontūrus ir geriau apskaičiuoti durpių išteklius.