Maskva. Žemės ūkyje pritaikytos kosmoso technologijos maždaug ketvirtadaliu gali sumažinti trąšų sunaudojimą, padidinti pasėlių auginimo efektyvumą ir derlių, įsitikinę Rusijos mokslininkai, kuriantys antžeminius hiperspektrinius jutiklius.

Grupė mokslininkų iš Samaros valstybinio tyrimų universiteto (Rusija) ketina pasiūlyti ūkininkams skaitmenines žemės ūkio mašinų „matymo“ sistemas, pagrįstas kosmosui skirtomis technologijomis.

Kosminės regėjimo sistemos tradiciškai naudojamos ieškant gyvybės Marse ženklų ir tiriant kitas mūsų Saulės sistemos planetas. Jos aprūpintos galinga optika ir jutiklių rinkiniu ir, be kita ko, gali analizuoti dirvožemio sudėtį.

Mokslininkai neabejoja, kad, įdiegus keletą naujovių, šias „kosmines akis“ būtų galima skirti drėkinimo įrangai, grūdų kombainams ir kitai žemės ūkio technikai.

Kuria antžeminius hiperspektrinius jutiklius

Samaros universiteto Techninės kibernetikos katedra suprojektavo kompaktišką kosminį hiperspektrometrą, kuris bus sumontuotas Rusijos palydovuose. Taip pat mokslininkai dirbo prie neuroninių tinklų, skirtų hiperspektriniams Žemės paviršiaus vaizdams, gautiems iš orbitos, apdoroti ir klasifikuoti. Pranešama, kad hiperspektriniai vaizdai rodo drėgmės ir mineralinių medžiagų kiekį dirvožemyje, augalų ligas ir net kenkėjų plitimo šaltinius.

„Tačiau paaiškėjo, kad iš erdvėlaivio gauta hiperspektrinė informacija negali greitai patenkinti tiksliojo žemės ūkio poreikių, nes jos surinkimas užtrunka. Todėl mes nusprendėme kurti antžeminius hiperspektrinius jutiklius“, – aiškino Samaros universiteto Techninės kibernetikos katedros profesorius Nikolajus Kazanskis (Nikolai Kazansky).

Jo teigimu, antžeminiams jutikliams keliami reikalavimai gerokai skiriasi nuo tų, kurie taikomi kosminių laivų hiperspektrinei įrangai. Kosminių hiperspektrometrų atveju svarbiausia gauti kuo daugiau optinių duomenų, o tai toli gražu nėra pagrindinė antžeminių jutiklių užduotis.

Tad mokslininkai naudoja jutiklių sistemas, sujungiančias plokščią optiką ir didelius mikroreljefo elementus, kurie gali atlikti keletą skirtingų užduočių, kad gautų informacijos apie dirvožemio ir augalų būklę. Hiperspektrinė kamera virsta itin paprastu prietaisu, kurio sudėtingumas palyginamas su įprasta vaizdo kamera.

„Pavyzdžiui, harmoninio lęšio ir difrakcinės grotelės fazių funkcijų derinys leidžia tik vienam elementui suformuoti vaizdą ir suskaidyti jį į spektrą. Taigi hiperspektrinė kamera virsta itin paprastu prietaisu, kurio sudėtingumas palyginamas su įprasta vaizdo kamera, kuriame vietoj objektyvo naudojame savo optiką, kuri tuo pačiu metu informaciją suskirsto į spektrą ir suformuoja vaizdą“, – paaiškino N. Kazanskis.

Duomenis analizuoti galėtų operatorius, tačiau ateityje šią užduotį turėtų atlikti neuroniniai tinklai, kurie taip pat gali valdyti žemės ūkio mašinas.

Dėmesys paprastumui ir prieinamumui

Vienas iš hiperspektrinių jutiklių panaudojimo būdų – jų įrengimas ant laistymo sistemų ar mašinų ir pritaikymas pasėliams laistyti.

„Juk hiperspektrinis vaizdas leidžia pamatyti daugelį dalykų, kurių nemato žmogaus akis įprastu nespalvotu ar spalvotu vaizdu. Jutiklis akimirksniu nustatys, ar lauką reikia laistyti, ar ne. Planuojame naudoti daugiau nei 50 spektrinių kanalų, kurių bangos ilgių diapazonas yra 0,4–1,05 mikronai“, – aiškino N. Kazanskis, pridurdamas, kad ši technologija žemės ūkį padarys „itin protingu“.

Mokslininkų skaičiavimais, įrengus naują sistemą tik drėkinimo mašinose, Rusijos žemės ūkio produkcijos gamintojai savo derlių padidins 25 proc.

Vykdydami projektą, kuriam gavo ketverių metų finansavimą, mokslininkai žada ypatingą dėmesį skirti techniniam jutiklių projektavimui – kad jie būtų gana paprasti ir pigūs, lengvai pritaikomi masiniam naudojimui žemės ūkio mašinose. Taip pat mokslininkai planuoja suformuoti technologiją ir įvesti algoritmus hiperspektriniams vaizdams rekonstruoti ir analizuoti, naudojant giluminius neuroninių tinklų mokymosi metodus.

Tikimasi, hiperspektrinius jutiklius įrengti ne tik antžeminėse transporto priemonėse, t. y. žemės ūkio technikoje, bet ir bepiločiuose orlaiviuose (dronuose), kad būtų galima nedelsiant įvertinti didelių žemės ūkio naudmenų plotų būklę. Samaros valstybinis agrarinis universitetas jau yra sudaręs preliminarias sutartis technologijai vietiniuose laukuose išbandyti.

MŪ inf.