A precíziós mezőgazdaság és a drónok kapcsolata

A dróntechnológiában óriási potenciál rejlik a nagy pontosságú és gyors terület-, illetve vegetációfelmérésektől kezdve a növényvédelmi beavatkozást végző permeteződrónokig. Az egyes gyártók egyre kompaktabb technológiákat dobnak piacra; a lehetőségeken túl ugyanakkor ismernünk kell a drónalapú munkavégzések korlátait.

A drónra mint új technológiára jelenleg fokozott érdeklődés irányul, gyakran túlzott elvárásokat állítanak a technológiával szemben. A technológia finomítása után annak alkalmazhatósága javul, a kockázatok helyett az előnyök kerülnek előtérbe, ami a termesztésben való elterjedéshez vezet. A precíziós mezőgazdaság és a dróntechnológia a közeli jövő meghatározó technológiai újításait hozzák el a termelésbe. Ezt a trendet erősen fokozzák a jelen támogatási és pályázati rendszerek, melyek mind tudásban, mind anyagilag elősegítik a mezőgazdaság digitális átállását. Ennek a folyamatnak fontos mérföldköve a drónok kezelésének megértése, a dróntechnológia helyének megtalálása a termelés folyamatában.

Magyarországon csak a felvételeződrónokat lehet jogszerűen használni, ám ezek felhasználása is nagyon sokoldalú. Például az olyan rendkívüli aszályos évben, mint a tavalyi, különösen nagy jelentősége van az öntözésnek, illetve hogy megvizsgáljuk, hogyan reagál a növény az egyes öntözővízadagokra. Ennek érdekében folyamatos, több időben végzett drónos felvételezést szükséges elvégezni a területen. A partnerünk által végzett vizsgálatok során azt terveztük feltárni, hogy milyen pontossággal becsülhető meg a mintaterületen termesztett kukorica magassága eltérő vegetációs ciklusban. Az első légi felmérés a vetést követően, a csupasz talajfelszín időszakában történt, a másodikban már 40–70 cm közötti volt a növények magassága, míg júliusban már elérték a közel 3 méteres magasságot. Az UAV-adatokból fotogrammetriai módszerekkel generálható digitális felszínmodellekről nagy kiterjedésű parcellákon is könnyen kiszámíthatók a növénymagasságok.

A drónos felvételezés, illetve a fotogrammetriai módszerrel előállított domborzat-, illetve felszínmodell pontos képet ad a tábla domborzatáról, valamint a növények magasságáról. A fotogrammetriai technológiával előállított felszín-, illetve növénymagassági modell is megerősítette, hogy az öntözött területen átlagosan magasabb volt a kukorica, ami a tenyészidőszak végéig meg is maradt. Szintén érdekes a növények növekedési ütemének alakulása. Július végére az öntözetlen árukukorica átlagosan 85,69%-kal, míg az öntözött árukukorica 108,92%-kal lett magasabb. A vegetációfelmérést ki lehet egészíteni egy új, egyre inkább terjedőben lévő technológiával, a lézerszkenneléssel. A felmérésben nagy segítség lehet a DJI Matrice M300 RTK UAV és egy Zenmuse L1 LiDAR szenzor. A vizsgálatban a repülési magasság 80 m volt, a haladási sebesség10 m/s-os (36 km/h), és 40%-os az átfedés. A Zenmuse L1 LiDAR szenzor nagy felbontásban készíti el azt a pontfelhőt, ami reprezentálja a területet és a rajta elhelyezkedő objektumokat. Nagy területteljesítményét jellemzi, hogy 100 m-es magasságból, 10%-os átfedéssel,13 m/s-os sebességgel és100 pont/m²-es felbontással akár 2 km²-es területet is képes felmérni 30 perc alatt.

Nagy felbontásának köszönhetően a vertikális pontosság 5 cm, a horizontális pontosság pedig 10 cm. Nagy pontsűrűség mérésére is képes az eszköz, ugyanis 240 kHz-es teljesítménye mutatja, hogy 240 000 pont/másodperc mérési gyakoriságra is képes. Az eszköz nemcsak LiDAR szenzorral, hanem egy nagy felbontású (20 MP-es, 1 inches CMOS) RGB-kamerával is felszerelt, ami a pontfelhő kiszínezését is lehetővé teszi, ezzel hatékonyabbá téve a feldolgozást. A lézernyaláb közeli infravörös tartományban végzi a felmérést, 905 nm-es hullámhosszon. A fejlett adatrögzítésének köszönhetően a tábláról egy kivételesen nagy felbontású adatbázis készülhet így el. A négyzetméterenként 1049,1 db pont (összesen 914 934 523 db pont) rendkívüli pontossággal reprezentálta a kukoricaállományt. A dús levélzetnek köszönhetően a legtöbb lézernyaláb a felső 1 m-ről érkezett vissza, a talajfelszínt csak néhány lézerhullám érte el. Ebből az is következik, hogy pontos domborzatmodell nem készíthető egy zárt kukoricaállományban, ugyanakkor rendkívül pontos felszínmodell állítható elő megfelelő szoftveres feldolgozás során.

A LiDAR szenzor mellett egy másik, a dróntechnológiában széles körben még nem elterjedt eszközt, hőkamerát is felhasználtunk az elemzéseinkhez. A hőkamera is az elektromágneses hullámok elvén működik, azzal a különbséggel a LiDAR szenzorhoz képest, hogy a hőkamera nem bocsát ki semmilyen hullámhosszúságú fényt, az eszköz csak detektálja a vizsgált objektum távoli infravörös tartományban kibocsájtott elektromágneses jeleit. Hasonlóan működik tehát, mint bármely más optikai szenzor, csak épp más hullámhossztartományok elemzését végzi. Minél melegebb egy adott tárgy, annál nagyobb az infravörös sugárzása. Így a kamerák csupán a sugárzás méretét rögzítik, amelyből utólag megállapítható a vizsgált tárgyak hőmérséklete. A mezőgazdaságban egyre inkább terjednek a különböző platformokon történő hőkamerás felvételezések, ugyanis a növényzet vegetációs állapotának bizonyos paraméterei jól elemezhetők és nyomon követhetők. Az egyik leghatékonyabban vizsgálható paraméter a növény vízellátottsága, ugyanis a rossz vízellátottságú növény kevesebbet párologtat (spórol a vízzel), így a levelei nagyobb mértékben melegszenek. A párolgás, illetve párologtatás pedig hőelvonással jár, így a megfelelően öntözött növény a fiziológiai folyamatai során a vízleadása révén hűti magát.

A drónokkal végzett hőkamerás felmérések során jól érvényesülnek a drónok egyedi előnyei, hiszen a magasból nagy kiterjedésű ültetvényeket és mezőgazdasági táblákat térképezhetünk fel, a legnehezebben megközelíthető területeket is könnyen elérhetjük, és taposási kár nélkül dolgozhatunk.

Partnerünk a kísérletei során hőkamerával a növényállományt érő stresszt vizsgálta. Száraz évjáratokban a légköri aszály és a csapadékmentes időszakok miatt a növények sztómái bezárulnak, levelei összecsavarodnak, ezzel védve a növényt a kiszáradástól. Ez a jellegzetes folyamat szabad szemmel is észlelhető a területeken (népies nevén: furulyál a kukorica). Mivel a nap folyamán a hasznos levélfelület ezzel lecsökken, így a folyamat hatással van a növény fényhasznosító képességére és ezáltal a termésre is. Ezen elv alapján vizsgáltuk a víz hatását az öntözött és öntözetlen állományban.

A feldolgozott felvételek mindegyikén jól látható az öntözés pozitív hatása a növényállományra. A valós színes felvételen az öntözött állomány sokkal élénkebb zöld színű. A multispektrális felvétel is ezt támasztja alá, mivel az öntözött területen az NDVI átlaga az 1-hez közelebbi; közel duplája az öntözetlen területének. A hőkamerás képről pedig azt a következtetést lehet levonni, hogy a növények az öntözött területen hűvösebbek, kevésbé felhevültek, többet tudnak párologtatni, ezért őket nem éri olyan mértékű stressz, legalábbis az öntözővíznek köszönhetően azt jobban tudják tolerálni. Ezekből a vizsgálatokból is kitűnik, hogy a felvételeződrónoknak óriási a jövőbeli perspektívája, nagyon nagy lehetőség rejlik bennük; ha a gazdák szakszerűen tudják használni ezt a technológiát, akkor fenntartható mezőgazdaságot alakíthatnak ki.

Beleznai Orsolya
Duplitec Kft.