I. Увод за индустрията
(I) От „дронове за растителна защита“ до „селскостопански дронове“
Още през 1987 г. Япония разработи първия в света дрон за растителна защита, продавайки ги в ограничени количества през следващата година. От близо 5 милиона хектара обработваема земя в Япония днес, над 20% използват дронове за растителна защита за борба с вредители и плевели. Дроновете се превърнаха във важна технологична мярка за растителна защита в Япония.
Китайските дронове за растителна защита започнаха да се разработват през 2007 г., а през 2010 г. еднороторният бензинов дрон 3CD-10, произведен от Wuxi Hanhe Aviation, беше изложен за първи път на Националното изложение за селскостопански машини. Това беше първият по рода си дрон, продаден в Китай, с което започна първата стъпка към комерсиализиране на дронове за растителна защита в страната.
През 2012 г. DJI приложи най-добрата в света дрон технология в селското стопанство и основа DJI Agriculture през 2015 г. с пускането на пазара на MG-. През 2015 г. XAG пусна своите дронове за растителна защита и създаде XAG Agricultural Services. Днес няколко компании за дронове са посветени на предоставянето на потребителите на селскостопански решения, базирани на технология за дронове, за да стимулират иновациите и напредъка в глобалното земеделие.
С бързото развитие на дроновете за растителна защита бяха създадени по-интелигентни продукти, които да обслужват по-широк набор от нужди и приложения. В допълнение към пръскането с пестициди, растителната защита може също да разпръсква торове, семена и фуражи. В резултат на това понятието „дрон за растителна защита“ постепенно се заменя с по-широкото понятие „селскостопански дрон“.
2021 г. беше година на бързо развитие на селскостопанските дронове в световен мащаб, което е количествен скок в сравнение с 2020 г. по отношение на общия брой дронове и работни площи. Дроновете са особено подходящи за сценарии, при които е трудно да се спусне на земята с ръчни и наземни машини, като оризища, високи сламени култури и планински терен. В Югоизточна Азия, където оризът е основна култура, дроновете получават признание от все повече фермери. Операциите се разраснаха бързо, тъй като селскостопанските дронове са подходящи за засяване на оризови полета и контролиране на вредители през целия цикъл на растеж на културите. Приложението на селскостопански дронове в равнинни земеделски земи като пшеница и ориз бързо набира популярност и с непрекъснатото усъвършенстване на технологията приложението се разшири в сложни сценарии като хълмисти планински овощни градини.
В Европа много лозя имат стръмен планински терен, където няма налични земни машини, така че по-голямата част от работата се извършва на ръка, с високи разходи за труд и време. В Халау, в кантона Шафхаузен в Северна Швейцария, запазването на традиционните земеделски практики също представлява предизвикателство за ефективното управление на местните лозя. За да гарантират добиви, мениджърите на лозя пръскат пестициди всеки сезон. Преди тази работа се извършваше главно ръчно от наети работници в неефективен, физически труден процес. Вегетационният сезон обикновено изисква 8-10 пръскания, всяко от които отнема повече от 10 дни, и ако не се напръска навреме, мухълът по гроздето може да повлияе на производството на вино и реколтата за сезона, но също и на приходите от лозята за години напред.
Халау се намира в планинския северен район, чийто терен беше предизвикателство за наземни превозни средства. На някои стръмни склонове превозното средство може лесно да се преобърне, застрашавайки безопасността на водача. Призоваването на управлението с дрон за поддържане на оригиналната екология на лозето в максимална степен е нов опит за интегриране на традиционната култура на местното лозе с модерните технологии. Това беше и първият път, когато китайско интелигентно земеделско оборудване навлезе в местното земеделско производство в Швейцария.
(II) Основни проблеми за развитието на индустрията
1. Регулация и политика
Селскостопанските дронове, както подсказва името, са дронове, използвани в селското стопанство. Тяхното предназначение ги поставя в категорията на селскостопанската техника, която се управлява от земеделския отдел; когато пръска пестициди, има потенциални рискове за околната среда, които се управляват от отдела за опазване на околната среда. В същото време техните експлоатационни характеристики принадлежат към категорията на въздухоплавателни средства и се управляват от органа за гражданска авиация. Тази характеристика на селскостопанските дронове, които се управляват от множество органи, води до факта, че законите и политиките играят важна роля в развитието на индустрията.
Управлението на селскостопански дронове като селскостопанско оборудване е често срещан метод в целия свят, докато методите за управление на всяка страна се различават до известна степен. Някои държави приемат задължително сертифициране, някои кандидатстват за прости писмени материали, докато други използват административно разрешение. Въпреки това, той представлява управлението и одобрението на земеделските дронове от Министерството на земеделието.
Като вид въздухоплавателно средство, селскостопанският дрон се управлява от властите на гражданската авиация на различни страни в неговата експлоатация. Има три често срещани начина на управление. Първият е да се освободят селскостопански дронове с операции с нисък риск в съществуващата правна система, като например Съединените щати. Второто е да се изисква от дронове над 25 кг да извършват анализ на риска при безопасна работа (SORA). Тази оценка се фокусира върху оперативния риск и анализира и одобрява оперативния риск на отделни случаи, което се използва широко в европейските страни. Третият е да се опростят правилата за летателна годност на традиционните самолети и да се създаде опростена версия на изискванията за летателна годност, които се прилагат за селскостопански дронове, като Бразилия, Мексико и други страни.
Селскостопанските дронове се използват главно за пръскане с пестициди, така че управлението на пестицидите се превърна в третата политическа посока, на която трябва да се обърне внимание. В Япония, например, агенцията за управление на пестицидни препарати за дронове е Асоциацията за земеделие, горско стопанство и риболов. Япония има 382 пестицидни формули, регистрирани за селскостопански дронове.[1]
Пестицидите, регистрирани в Япония за селскостопански дронове, включват фунгициди, инсектицидни смеси, хербициди и регулатори на растежа на растенията, а регистрираните култури са главно ориз, пшеница, соя и т.н. Хербицидите са регистрирани само в оризови полета, а формите на пестициди, регистрирани в оризови полета, са главно гранули и филмово масло. Методът на приложение е да се използват дронове за разпръскване на частици и пускане на филмово масло.
Въз основа на предпоставката, че е получена регистрация на конвенционална употреба на пръскане на място, компаниите за пестициди могат да кандидатстват за тест за разширяване на употребата на пръскане в малък обем от селскостопански дронове, за да увеличат регистрирания начин на приложение. Регистрационният тест на японския медикамент за контрол на полета включва тестове за ефикасност на полето, остатъци, безопасност на културите и съседни култури. Регистрацията на опитите се извършва главно от Японската асоциация за селскостопанска авиация (JAAA).
През февруари 2019 г. Министерството на земеделието, горите и рибарството на Япония опрости тестовете за ефикасност и остатъчни количества на специални агенти за селскостопански дронове въз основа на дългогодишен опит в използването на дронове. Въпреки това тестовете за безопасност на културите и дрейф, свързани с пръскането с дронове, все още са важни данни за регистрационните тестове, които трябва да бъдат предоставени. Регистрирането на тестове за безопасност на културите обикновено изисква „две места годишно“ – т.е. тестовете се извършват в две полета в рамките на една година, а тестовата доза е два пъти по-висока от препоръчваната доза. Тестовете за безопасност на културите могат да се извършват едновременно с тестовете за ефикасност. За теста за безопасност на съседни култури е необходимо да се изберат пет чувствителни култури за извършване на тестовете.
2. Ефективността трябва да бъде балансирана с опазването на околната среда
Компаниите за селскостопански дронове са се задължили да подобрят селскостопанската ефективност, ангажирайки се с подобряване на глобалната ефективност на селскостопанското производство. Но човешкото здраве е тясно свързано със здравето и биоразнообразието на света като цяло. С непрекъснатото надграждане на хардуерната система и интелигентността на селскостопанските дронове, само „подобряването на глобалната ефективност на селскостопанското производство“ вече не може да се адаптира към развитието на настоящия момент и екологичните селскостопански дронове ще станат посоката на индустрията.
Тъй като традиционното въздушно пръскане има отрицателно въздействие върху околната среда, Европейският съюз издаде Директива за създаване на рамка на Общността за действие за постигане на устойчива употреба на пестициди (ДИРЕКТИВА 2009/128/ЕО, наричана по-нататък „ Директива“) през 2009 г., която принципно забрани пръскането от въздуха и позволи пръскането само върху стръмен терен, който не може да бъде достигнат от наземно оборудване и когато въздушното пръскане има очевидни предимства пред наземното оборудване. През последното десетилетие директивата беше широко трансформирана във вътрешно законодателство в страните от ЕС и формира допълваща система за управление с други екологични и земеделски разпоредби в различни страни. Например Италия трябва да подаде заявление за цялостна оценка на околната среда на плана за пръскане преди пръскане от авиацията и след това да подаде заявление за одобрение в съответствие с разпоредбите за гражданска авиация.
Преди официалното публикуване на директивата, ЕС поиска коментари от социални групи и заинтересовани страни по законопроекта в голям мащаб. Законодателят възлага на Bipro[2] да извърши съответните тестове, за да гарантира научната и социална основа на законодателството. Според доклада на Bipro „Оценка на икономическото въздействие на специфичните мерки, които да бъдат част от Тематичната стратегия за устойчиво използване на пестициди“, ЕС избра три традиционни селскостопански държави – Франция, Испания и Германия – за провеждане на сравнителни тестове на пръскане от въздуха и на земята пръскане съответно за грозде (Франция), маслини (Испания) и гори (Германия). Отчитайки много фактори, като икономическа изгода, социално въздействие, въздействие върху околната среда, ефикасност на пръскане и човешкото здраве, тестовете сравняват пръскането с наземно селскостопанско оборудване с пръскането от дрон.
Както е показано на фигура 5, като вземем за пример теста във френското лозе, може да се види, че разстоянието на отклонение при въздушно пръскане и изкуствено пръскане в лозето е около 20 метра.
През 2019 г. Европейският съюз издаде изменение на директивата. Въпреки това няма промяна в основната позиция на директивата относно въздушното пръскане: забрана по принцип и изключение при специални обстоятелства. През тринадесетте години от създаването на директивата гражданските селскостопански дронове все още не са широко използвани. С развитието на науката и технологиите селскостопанските дронове могат да заменят хората в повече ситуации. Следователно е време да преоценим легитимността на операциите със селскостопански дронове, вместо да ги управляваме като традиционни летателни апарати.
II. Предимства на селскостопанските дронове в сравнение с пръскането от самолети
В сравнение с традиционните самолети, характеристиките на пръскането от селскостопански дрон са концентрирани главно в следните аспекти:
(I) Екологично чист
1. Операция за прецизно пръскане
Малките неподвижни крила и малките хеликоптери, използвани в селското стопанство, имат висока скорост на полет и голяма надморска височина на полета по време на пръскане, което може да доведе до сериозно отклонение на пръскането. Дронът може да кръжи за по-целенасочено високо прецизно пръскане, с по-ниска работна височина (обикновено 1,5-3,5 m над повърхността на културата), по-бавна скорост на полета (около 3-7 m/s) и по-динамичен контрол на спринклера и скоростта на потока за предотвратяване на отклонение.
Монтирането на мултиспектрален обектив на дрона може да реализира събирането и наблюдението на информация за работата на земеделските земи, да генерира селскостопанска предписана карта според растежа на културите и да ръководи работата на селскостопанския дрон. При пръскане с пестициди с дрон се насочва само към участъците, които трябва да се пръскат, за да се намали допълнително въздействието върху околната среда.
По отношение на прецизното пръскане, селскостопанският дрон привлече вниманието при справяне с разпространението на Cirsium arvense през последните години. Cirsium arvense, известен също като пълзящ трън, е злокачествен плевел, широко разпространен в земеделски земи и пасища, конкуриращ се с културите за вода, хранителни вещества и минерали. Неговите коренови пъпки произвеждат киселини, които правят почвата неподходяща за растежа на някои култури. В резултат на това добивите намаляват, което води до икономически загуби за фермерите и собствениците на ферми.
Кореновите пъпки на Cirsium arvense могат да продължат да се възпроизвеждат, дори ако са повредени, така че общият процес на подготовка на почвата (напр. обработвана земя, оран) не може да премахне Cirsium arvense и допълнително ще помогне за разпространението и размножаването му. Следователно единственото ефективно третиране е вътрешно вдишване на хербициди, което обикновено се извършва чрез пръскане на глифозат върху цялото поле с трактор.
Planta Drone[3], партньор на DJI Agriculture в Унгария, веднъж използва многоспектърни дронове за наблюдение на разпространението на Cirsium arvense в полетата, а след това използва селскостопански дронове за прецизно пръскане, за да намали употребата на пестициди и разходите. Planta Drone използва мултиспектрални дронове за наблюдение на полетата преди и след сеитба и след това разделя растежа на Cirsium arvense, използвайки индекса на растителност NDVI. След генерирането на предписаната карта за прецизно пръскане, селскостопанският дрон може да пръска според предписаната карта, така че да се постигне точно плевене.
2. Намалете риска от оператори
Типичните сценарии за селскостопански операции на хеликоптери и самолети с неподвижно крило са операции в планински терен и операции в големи земеделски земи. Работата в планината изисква пилотите да летят ръчно и постоянно да се изкачват и спускат, за да осигурят ефективно пръскане. При широкомащабна експлоатация на земеделска земя самолетът трябва да работи на височина близо до 5 m над реколтата. В този процес много пилоти не могат успешно да нивелират самолета, след като летят близо до земята, което увеличава вероятността от катастрофа. Проучване на Националния съвет за безопасност на транспорта на Съединените щати установи, че през 2013 г. е имало 78 инцидента със селскостопански самолети, от които девет са били фатални, отнели живота на 10 души.[4]
Операцията по пръскане на дрон първо решава традиционния метод на „свързване между човек и самолет“, при който пилотите трябва да са на борда на самолета. При новия метод за „разделяне между човек и самолет“ пилотът на дрона не трябва да поема риска от катастрофа. Автоматичният режим на работа на дрона също така не изисква пилотът постоянно да следва дрона, което избягва риска от контакт на пилота с пестицидите по време на операцията по пръскане на селското стопанство.
Селскостопанският дрон е оборудван със сферична радарна система, съставена от многопосочен радар за избягване на препятствия и възходящ радар, който може да осигури функции за алтиметрия и определяне на височината в предни, задни и долни посоки при различни режими на работа, за да се постигне функция за следване на терена, хоризонтална многопосочна функция избягване на препятствия и функция за избягване на препятствия нагоре. Селскостопанските дронове подпомагат откриването на наклона на терена, а планинските склонове също могат да следват терена. В хода на работа по маршрута, той също така има функцията на хоризонтално многопосочно заобикаляне на препятствие и пътят за избягване на препятствието може да се планира да заобикаля препятствието независимо.
3. Намалено замърсяване на околната среда
Традиционните самолети обикновено са източник на гориво, докато дроновете използват литиеви батерии. Електрическата енергия е по-чиста и може ефективно да спести енергия и да намали емисиите.
Витлата на хеликоптера произвеждат звук до 110 децибела, 1,5 пъти повече от това, което човешкото тяло може да понесе, докато операциите с дрон намаляват децибелите на шума. Когато дронът работи далеч от тълпата и операторите, неговият нисък шум няма да причини увреждане на човешкото тяло.
(II) Ефективност на разходите
Разходите за покупка и поддръжка на традиционните самолети са високи. Покупната цена на един самолет е не само стотици или дори хиляди пъти по-висока от тази на дроновете, но и по-скъпа за използване. Самолетът изисква определен брой членове на екипажа да бъдат в готовност на земята, за да извършат серия от поддръжка преди излитане. В същото време, поради необходимостта от кандидатстване за специфично оперативно въздушно пространство, разходите за трансфер на самолети също са сравнително високи в някои страни и региони.
Вземете за пример най-продавания в света хеликоптер Single Squirrel AS350. Цената на модела е около 3,6 млн. евро, капацитетът на заряда е 600 кг, дължината на пръскачката е 10 метра, работните параметри са около 40 м/с, височината е 30 м, амплитудата на пръскане е 50 м. , работната ефективност е 1200 mu/мисия и всеки излет отнема 25 минути. Самолетът се управлява от двама пилоти и най-малко четирима членове на наземния екипаж отговарят за наземната поддръжка.
За разлика от това, разходите за закупуване на дронове са сравнително ниски, с цена от не повече от 25 000 евро за земеделски дрон, която фермерите могат да си позволят. Закупуването на професионалните услуги за растителна защита, предоставяни от екипа за растителна защита, няма да причини голяма икономическа тежест. Ремонтът и поддръжката на селскостопанските дронове са сравнително прости, подмяната на части с висока консумация, като например перки, може да бъде завършена от оператора, а по-сложните ремонти обикновено се извършват в пунктовете за поддръжка на агенти в близост до зоната на работа. Поддръжката на дронове може да се извършва просто в края на всяка операция или равномерно в края на целия оперативен сезон.
Single Squirrel AS350 | DJI Agras T30 | |
---|---|---|
Цена | 3.6 млн. евро | Не повече от 25,000 евро |
Нужен наземен екипаж | 4 | 0 |
Необходими пилоти | 2 | 1 |
Енергия | Гориво | Литиева батерия |
Товар | 500-600 kg | 30 kg (течност за пръскане) |
Скорост | 30-44 m/s | 3-7 m/s |
Амплитуда на пръскане | 25-50 m | 5-8 m |
Прецизно пръскане | Не | Да |
Таблица 1: Хеликоптер срещу селскостопански дрон
III. Сравнителни предимства на дрон и наземна машина
1. Намалете въглеродните емисии
Пръскането на пестициди и торове върху земеделска земя преди беше доминирано от човешки операции или операции с трактори. Дизелът е основното гориво за традиционните трактори. Замяната на традиционните селскостопански машини с дронове за растителна защита може да намали въглеродните емисии до 5,11 kg CO2 на хектар. Експлоатацията на 1 милиард хектара е еквивалентна на намаляване на въглеродните емисии с 5,11 милиона тона CO2. Това е еквивалентно на усвояването на въглерод от 240 милиона дървета годишно и е еквивалентно на намаляване на въглеродните емисии от 1,92 милиона автомобила.
2. Намалете консумацията на вода
Благодарение на използването на технология за пръскане с малък капацитет, селскостопанските дронове могат да спестят 44 литра селскостопанска вода на хектар в сравнение с ръчното управление. Експлоатацията на 1 милиард хектара е еквивалентна на намаляване на 44 милиона тона селскостопанска вода. Това е еквивалентно на количеството вода, консумирано от 79,87 милиона жители за една година.
3. Подобрете степента на използване на пестицидите
Прилагането на селскостопански дронове също доведе до подобряване на степента на използване на пестициди. Професор Юан Хуейджу от Института за защита на растенията към Китайската академия на селскостопанските науки обобщава в статията си Ролята на популяризирането и прилагането на селскостопански дронове за подобряване на степента на използване на пестициди в Китай: [5] „В сравнение с конвенционалните големи раници -капацитет за пръскане на земята, степента на използване на пестициди от технологията за пръскане на ниска надморска височина и нисък капацитет на селскостопански дрон за превенция и контрол на болести по културите и насекоми-вредители като ориз, пшеница и царевица достигна 49,1%, 57,1% и 52,7 %, съответно. В сравнение с конвенционалното пръскане с голям капацитет на земята, използването на селскостопански дронове може да увеличи степента на използване на пестициди с повече от 10%. 1 милиард хектара работа е еквивалентно на намаляване на отпадъците от 1515 тона пестициди.“
За прилагането на Cirsium arvense при предпоставката за постигане на контролния ефект, в сравнение с традиционния трактор, използването на дрон за точно плевене на 18 хектара може да спести 61 L течност, като по този начин спестява оперативни разходи от 262,3 евро, или около 15 евро на хектар. Постигнати са очевидни икономически ефекти.
„Ако искаме да постигнем 50% намаление на използването на агрохимикали в Европа до 2030 г., най-добрият ни шанс е да използваме прецизно пръскане/разпръскване и променлива работа“, каза Елемер, инженер от Planta Drone.
IV. Тестовете на селскостопански дрон
(I) Тест за ефикасност на приложението на пестициди
Ефективността на прилагането на пестициди от селскостопански дронове се тества в Китай от няколко години. Комбинацията от промишленост, университет и научни изследвания изигра положителна роля в насърчаването на развитието на технологията за селскостопанска дрон индустрия. През 2021 г. тестовете с помощта на DJI Agras T30 включваха контрол на плевели в оризища, цитрусови червени паяци и есенен армейски червей в царевични полета.
1. Тест за ефекта от борбата с плевелите в оризово поле
Целта на този тест беше цялостно да се тества контролният ефект на пестицидните добавки, пръскани от DJI Agras T30 върху едногодишни плевели в оризища. В резултат на това бяха избрани подходящите агенти и спомагателни вещества и бяха получени най-добрите параметри на приложение на пестициди за селскостопански дронове. Тестът беше проведен, за да се проучи ефектът от пръскането на хербицид върху тревата и добива на ориз от DJI Agras T30.
Беше заключено, че контролният ефект на DJI Agras T30 е по-добър от този на наземните механични методи за пръскане. В допълнение, по време на експеримента не е настъпило очевидно увреждане на лекарството, което показва, че правилното използване на двата метода на пръскане може ефективно да контролира плевелите в оризища. В допълнение, DJI Agras T30 спестява време, вода и труд и се препоръчва за контрол на плевели в оризища.
2. Тест за контрол на цитрусов червен паяк
Цитрусовите червени паяци са вредни за възрастни акари, млади акари и акари нимфи, за да абсорбират сок от листата, издънките и перикарпа, което води до паднали плодове и листа. Наранените листа са гъсто покрити със сиво-бели игловидни точки, губят блясък и в крайна сметка окапват, което сериозно засяга дървото и потенциала за добив.
В този експеримент беше тестван ефектът от пръскането на пестициди и спомагателни вещества върху контрола на цитрусовите червени паяци от селскостопански дрон и бяха избрани подходящите параметри на приложение, пестициди и спомагателни средства за селскостопански дронове.
Основните резултати са както следва:
1. Според теорията за оптималния размер на биологичните частици обхватът на размера на капчиците, уловен от различни биологични мишени, е различен и само в обхвата на оптималния размер на частиците броят на капчиците, уловен от мишената, е най-голям и контролният ефект е най-добрият. За вредители от листни влечуги като цитрусови червени паяци са подходящи капчици мъгла с размер на частиците 40~100 μm. За тези параметри DJI Agras T30 е подходящ за цитрусови овощни градини за контрол на червени паяци.
2. Сред двата вида инсектициди бързият контролен ефект на SC е по-добър, а трайният ефект е общ. 5% Avi EC + 20% ethoxazole SC имаше идеален бърз ефект и устойчив ефект върху цитрусовия червен паяк, а контролните ефекти бяха съответно 94,36% (1D), 98,37% (3D) и 85,74% (10D).
3. Добавянето на портокалов агент може да подобри контролния ефект и равномерността на пръскане на цитрусовия червен паяк, в който 40% акаразол SC добави оранжева добавка, контролният ефект се увеличава с 11,68% (3D) и 4,44% (10 d).
3. Контролен тест на Spodoptera litura в царевично поле
Spodoptera litura, известна като тютюнев червей, е водеща цел за превенция от вредители. Изборът на инструменти за приложение, пестициди, спомагателни вещества и методи на приложение са ключовите технологии за превенция и контрол на Spodoptera litura. Приложението на DJI Agras T30 беше сравнено с гръбна електрическа пръскачка на земята, за да се осигури основа за полевия контрол на Spodoptera litura. Spodoptera litura е вредна главно за листата на царевицата, така че количеството пестициди, отложени в листата на сърцевината, е ключът към контрола на Spodoptera litura.
Анализът на капките, събрани от филтърната хартия, поставена върху листата на царевичните класове, показа, че количеството на утаения разтвор, приложен с DJI Agras T30, е само 4,6% от това на гръбната пръскачка, но контролният ефект може да достигне същото ниво като този на спрея за раница.
(II) Тест за дрейф
1. Традиционен дрифт модел на самолет
Хората отдавна са разбрали, че пръскането от самолети ще доведе до проблема с дрейфа на пестицидите, така че има свързани изследвания за дрейфа на традиционните самолети от дълго време. Моделът AgDRIFT на Съединените щати се използва за официално регулиране на въпроси, свързани с пръскането в селскостопанската авиация. Потребителите могат да въвеждат дюзи, пестицидни течности, видове самолети, метеорологични фактори и т.н. и да прогнозират възможния дрейф чрез извикване на вътрешната база данни. В този модел следата на самолета, завихрянето на върха на крилото, завихрянето на ротора на хеликоптера и въздушното смущение около фюзелажа са включени във факторите на влияние върху капчиците мъгла.
Андрю Хюит, професор в университета Куинсланд в Австралия, въведе ГИС в модела на авиационния дрейф, за да оптимизира стратегията за пръскане чрез измерване на скоростта на вятъра в реално време, за да намали загубите на пестициди от дрейфа в нецелевите зони.
Тези проучвания върху традиционния модел на дрейф на самолета поставиха теоретична основа за теста за дрейф на селскостопански дрон.
2. Тест в аеродинамичен тунел
Отлагането на капки мъгла се влияе от много фактори. За системата за пръскане с дронове, параметрите на пръскащата капка, работните параметри, структурните типове на оборудването и факторите на околната среда ще повлияят на ефекта на отлагане на капчица. По време на работа на роторния дрон промиващият поток, произведен от роторите, също ще повлияе на разпределителното отлагане на течността.
Тестът в аеродинамичен тунел дава възможност да се определи количествено влиянието на параметрите на пръскането върху отлагането на капчици. Чрез цялостно отчитане на влиянието на много фактори, като тип на дюзата, скорост на вятъра, височина и тип на реагента, може да се установи моделът за прогнозиране на отлагането и дрейфа на капките, за да ръководи действителната операция на пръскане. Въпреки че тестът в аеродинамичен тунел има очевидни предимства при анализа на факторите, влияещи върху отлаганията, лабораторията в аеродинамичен тунел е скъпа и изисква висок стандарт на условия и е трудно да се вземат предвид параметрите на полета и влиянието на полето на потока надолу по време на полет на дрон .
3. Полеви тест
Предимството на полевите експерименти е, че резултатите от дрейфа и отлагането на капките могат да бъдат наблюдавани и анализирани по-директно въз основа на експеримент за симулация на дрейф и тест в аеродинамичен тунел. Недостатъкът на полевите експерименти е, че процесът и резултатите не са възпроизводими поради растежа и климатичните условия на самите култури.
1) Тест за дрейф на капчици пестициди
Целта на теста за дрейф на капчици пестициди е да се проучат ефектите от височината на полета на селскостопанския дрон, обема на прилаганата течност, външната скорост на вятъра и типа на дюзата върху характеристиките на отлагането на капките и дрейфа на различните пестициди.
Основната цел на теста за дрейф на капчици пестициди е да се потвърди степента на дрейф на капките при различни условия чрез реалния полет на селскостопански дрон и след това да се предоставят някои насоки за потребителите в действителна работа. Например, операцията трябва да обърне внимание на времето, температурата, посоката на вятъра, скоростта на вятъра и т.н. и да се основава на използването на различни агенти, помощни средства и да създаде съответната изолационна зона.
Вземайки за пример теста за дрейф на капките пестициди, проведен от Corteva и Китайския селскостопански университет през 2021 г.:
Дължината и ширината на работната зона за пръскане беше 20m × 20m. Моделът на тестовата проба за полеви депозити е както следва:
Същото като теста за амплитуда на пръскане;
Дължината на всеки ред е 20 м капкоуловителен пояс, общо 2 реда, на 0,5 м от земята;
Дължината и ширината на зоната за изпитване на дрейфа е 20×50 m;
Използвайте петриеви панички, за да получите капчици, носещи се от земята;
Поставете петриеви панички и разсад от соя в саксии на разстояние 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30 и 50 m надолу по посока на вятъра, 6 петриеви панички (15 cm петри) върху метални плочи, за да поддържате същата височина, с общо 48 петриеви блюда във всяка група;
Устройството за събиране на въздушни капчици е разположено на 20 m срещу вятъра, за да събира капчици, носещи се вертикално във въздуха;
Колекторът използва полиетиленов маркуч, който е на 1, 2, 3, 4, 5 метра от земята.
Полевата метеорологична станция беше използвана за получаване на информация за скоростта на вятъра в околната среда, посоката на вятъра, температурата и влажността и запис на информацията за всяко време на обработка, температура, влажност, сила на вятъра и посока на вятъра по време на целия процес на експеримента.
Тестът за дрейф на пестициди вече се разглежда от страни по целия свят, а компаниите за дронове, химическите компании и селскостопанските университети правят съответните изследвания. Германия, Китай, Унгария, Австралия, Япония, Украйна и други страни също са провели подобни тестове, надявайки се да осигурят основа за правилата за използване на селскостопански дронове.
2) Тест за оценка на въздействието върху околната среда
През 2021 г. Институтът за защита на растенията към Китайската академия на селскостопанските науки проведе тест за оценка на безопасността на пръскане на селскостопански дронове върху медоносни пчели. Целта на теста беше да:
Определете отлагането и разпределението на капчиците в зоната на приложение и зоната на разнасяне;
Сравнете ефектите от разнасянето на капчици пестициди върху медоносните пчели с различни методи на приложение;
Изяснете контролния ефект на различната ширина на изолационната зона върху отклонението от приложението на пестициди в селскостопански дронове.
Конкретната подготовка и маршрутът на оборудването за пръскане бяха както следва:
Използвайте DJI Agras T30 за пръскане и Mavic 2 Pro за запис от въздуха;
T30 параметри на пръскане: скорост 6 m/s, височина на полета 6 m, амплитуда на пръскане 8 m;
Летете от изток на запад по протежение на зоната за пръскане, излитайте от най-източната страна на полето, пръскайте до най-западния край с амплитуда на пръскане от 8 метра и след това пръскайте от най-западната зона от 8-16 метра на изток и кацайте.
В същото време гръбната пръскачка е използвана за ръчно пръскане при височина на пръскане около 0,7-0,8 m от земята, височина на цвета около 0,3-0,4 m и обхват на пръскане 8 m. Едно лице напредна в средата на зоната за пръскане и напръска от двете страни.
Не е определена зона за пръскане от най-западната страна като еталон за сравнение.
След пръскане активността на медоносните пчели се наблюдава непрекъснато в продължение на 16 дни и се записва активността на медоносните пчели в различни области на приложение и зони на разнасяне.
Резултатите от експеримента, който ще продължи три години, ще бъдат използвани за препоръчване на най-добрите практики за пръскане с дронове в земеделието.
V. Проучване на най-добрите практики
Най-добрата практика на селскостопанските дронове е практическо изследване на цял процес и пълен цикъл от „човек, дронове, технологии, пестициди“ във всички посоки. В този процес той включва обучение на екипажа, подобряване на безопасността и надеждността на селскостопанските дронове, надграждане на технологията на дронове, координирано надграждане на технологията за селскостопанско засаждане, както и подобряване и използване на стандартите за използвани пестициди.
(I) Обучение на екипажа
Неправилното използване на селскостопански дронове може да причини замърсяване на околната среда на почвата, замърсяване на въздуха, замърсяване на водата и други проблеми. Тези проблеми често се пренебрегват от операторите, но могат да бъдат напълно избегнати, стига операцията да е стандартизирана. Например, операторите не трябва да работят в среда със скорост на вятъра над 12 mph и не изхвърлят водата от почистването на резервоарите за пръскане в естествени водоизточници. Понастоящем изискванията към операторите вече не се ограничават до летене на селскостопански дронове, а се обучават да станат професионални оператори на селскостопански дронове.
Професионалните оператори на селскостопански дронове се отнасят за хора, които имат както умения за работа с дронове, така и професионални познания за растителна защита. Операторите на селскостопански дронове получават систематично обучение от производителите, заемат сертифицирани длъжности, добре са запознати със свързаните със селското стопанство и авиацията разпоредби и стандарти и овладяват знанията за научна и безопасна употреба на пестициди. Те могат да извършват дозиране и работа в съответствие с научния и безопасен оперативен план за употреба на наркотици, така че да се избегне въздействието на дрейфа върху околните нецелеви култури, опрашващите насекоми и екологичната среда.
По отношение на официалните изисквания за операторите на селскостопански дронове, най-типичната практика идва от Филипините. На 18 март 2021 г. Органът за развитие на уменията за техническо образование (TESDA) издаде II стандарт за способност за управление на селскостопански дронове (CS), обявявайки официалното включване на курса DJI UTC в националната програма за обучение на умения, което означава, че курсът DJI има стане първият официално сертифициран курс за обучение на селскостопански дронове във Филипините.
(II) Разработване на нови технологии
1. Дюзи технология
Изследователи в много страни също са прекарали години в изучаване на различни типове дюзи за пръскане, включително общи, електростатични, антидрифтови и постепенно прецизни дюзи. Центробежният пулверизатор, управляван от двигателя, има характеристиките на разпределение на спектъра на тесен размер на капчиците и широк диапазон на пулверизиране. В сравнение с ефекта на дюзата за хидравлична пулверизация, той има очевидни предимства, които му позволиха да навлезе в търговската сцена. Технологията на системата MEMS допълнително ще миниатюризира управлението и задвижващия механизъм, а фино регулираният спектър на капчици спрей за анти-дрифт и прецизно променливо приложение се превърна в нова изследователска тенденция. В допълнение към традиционните дюзи под налягане, селскостопанските дронове също започнаха да използват центробежни дюзи. Характеристиките на центробежните дюзи са: (1) капките могат да се контролират и диаметърът на капките може да се контролира ефективно чрез регулиране на скоростта на въртене; (2) структурата на канала с голям поток няма да причини запушване, така че е много подходяща за пръскане на разтворим прах и суспендирани агенти.
2. RTK навигационна технология за прилагане на пестициди
Селскостопанските дронове са оборудвани с кинематично устройство в реално време (RTK) за постигане на точно позициониране на ниво сантиметър. Преди операцията по прилагане на пестициди операторите измерват точно и определят граничните точки на работната зона на прилагане на пестициди с помощта на ръчно дистанционно управление, точка за измерване с дрон или въздушно проучване и формират карта на зоната на прилагане на пестициди. Според картата на зоната на приложение се планира картата на маршрута на операцията по прилагане и дронът автоматично ще прилага пестицида точно в съответствие с предписания маршрут, за да избегне ефективно повторно пръскане и пръскане при изтичане.
3. AI прецизно променливо пръскане
Селскостопанските дронове използват AI предписани карти, за да идентифицират точно границите на земеделските земи, гъстотата на културите и тенденциите на растеж, както и ефективно да намалят употребата на пестициди и торове чрез прецизен контрол на променливите, което го прави по-щадящ околната среда. Разпределението и растежът на културите в земеделските земи често са различни. Въпреки че пръскането с пълно покритие може да постигне широкомащабна и ефективна работа, то несъмнено ще доведе до загуба на пестициди и замърсяване на околната среда.
Прецизната променлива работа с AI може да помогне на потребителите първо да направят точна преценка и след това да извършат конкретни операции за намаляване на отпадъците от пестициди и замърсяването на околната среда. Тази технология е широко използвана при различни култури. По-долу има няколко приложения.
1) Прецизно пръскане плевене
Мултиспектрален мониторинг беше използван за наблюдение на полетата преди и след сеитбата, NDVI вегетационният индекс беше използван за отделяне на мястото на поява на плевелите и предписаната карта за точно пръскане беше генерирана и напръскана към земеделски дрон за постигане на точно плевене.
Използването на селскостопански дронове за прецизно плевене за решаване на поредица от проблеми като високата цена на употребата на хербициди и екологичното замърсяване, причинено от злоупотребата с пестициди, ще се използва все повече по целия свят. Докато намаляваме лекарствата и увеличаваме ефективността, ние ще насърчаваме зеленото и устойчиво развитие на глобалната земеделска екология.
2)Точно пръскане на сърцевината на маслената палма
Повечето болести и насекоми-вредители по маслената палма се срещат в сърцето на дървото. Когато младата маслена палма бъде нападната от вредители като бръмбар от кокосов носорог (Oryctes rhinoceros), това ще причини увреждане на листата, дупки на дръжките и счупвания и счупвания на копия, което води до деформация на дървото и сухота и накрая ще доведе до преждевременна смърт на младите маслени палми.
Земеделските дронове на DJI предоставят персонализирана услуга, режим Oil Palm, за управление на вредители. С помощта на T16 специална система за оформление на дюзите за маслена палма и DJI Terra AI разпознаване на модел на плодово дърво, сърцевината на дървото може да бъде точно преценена и напръскана във фиксирана точка, което може да постигне най-добрия ефект за борба с вредителите, да спести вода и да използва лекарството по-ефективно.
(III) Пестициди и добавки за контрол на полета
Съставът на пестицидите е много важен фактор, влияещ върху действителното използване на пестициди, което може да подобри процеса на атомизация на капчици, да намали загубата на капчици и да увеличи задържането на капчици пестициди върху повърхността на целевите култури. Досега търговските пестицидни препарати за прилагане с дронове все още са в етап на изследване и развитие, а препаратите, подходящи за пръскане с пестициди на ниска надморска височина и ниски дози на дронове, ще подобрят равномерността на разпределението на пестицидите и ще намалят потенциала за дрейф на капчици.
Разработването и насърчаването на специални агенти и помощни средства, които са подходящи за селскостопански дронове, се превърна в ключ към техния потенциал за прилагане на пестициди с малък капацитет. Големи химически компании като Corteva, Syngenta и Bayer активно разработват спомагателни средства за предотвратяване на полети, които съответстват на пръскането с дронове в земеделието. Като се имат предвид характеристиките на операцията за растителна защита с дронове при проектиране и обработка на химически формули, съществува висок риск от дрейф на капките при пръскане с нисък капацитет на дронове, така че е необходимо да се изследват пестицидни препарати със силно утаяване, устойчивост на летливост и устойчивост на дрейф.
(IV) Установяване на технически стандартиц
vЗа безопасната работа на селскостопанските дронове е необходимо да се установят индустриални стандарти и норми.
Оценката на екологичната безопасност е основното и ключово съдържание на безопасното използване на селскостопански дронове, опазването на околната среда и държавното управление. Стандартът за използване на селскостопански дронове изостава много от изследванията и разработването на продукти. Необходимо е да се разработят технически стандарти, които могат да осигурят разумни параметри за прилагане на пестициди за операции с дронове при различни метеорологични и земни условия. Необходимо е да се ускорят изследванията и формулирането на стандарти и норми за качество на работата на авиационната растителна защита, оценка на контролния ефект и оценка на риска за околната среда. Да насърчава висококачественото, високоефективно, безопасно, контролируемо и здравословно развитие на индустрията за селскостопански дронове.
С постепенното популяризиране на селскостопанските дронове в света, формулирането на индустриални стандарти и норми за селскостопански дронове се превърна в ключов фактор за насърчаване на развитието на индустрията. Що се отнася до работата по международни стандарти, DJI принадлежи към Техническия комитет по стандартизация на селскостопански и горски трактори и машини (ISO/TC23) на Международната организация по стандартизация (ISO), специализиран в стандартните изследвания на трактори, оборудване за растителна защита, селскостопанска електроника и други области, в рамките на които е създадена работната група по системата за пръскане с дрон (WG25), която в момента е дълбоко ангажирана във формулирането на международни стандарти за селскостопански дрон ISO-23117.
(V) Пълно законово съответствие преди началото на работния сезон
Както споменахме по-рано, селскостопанските дронове се управляват от редица управленски отдели. Използването на селскостопански дронове се влияе от циклите на растеж на културите. Обикновено наричаме цикъла на сеитба и пръскане на селскостопански дронове като сезон на селскостопански операции. За да се гарантира, че потребителите могат да се съобразят с използването на селскостопански дронове в началото на оперативния сезон, работата по съответствието трябва да приключи преди началото на оперативния сезон. Съгласно действащия закон, част от съдържанието за съответствие не може да бъде лесно попълнено от потребителите и производителите могат да помогнат на потребителите в съответствието предварително.
1. JKI Сертификация в Германия
Като добре известна организация за сертифициране на селскостопански машини, немската JKI има репутация на висок стандарт на професионални тестове на дюзи. В Германия земеделските дронове трябва да бъдат сертифицирани от JKI, преди да пръскат пестициди върху специални парцели. Например, през 2021-2022 г. JKI тества и сертифицира DJI T30 за операции в планински лозя и завърши това одобрение преди началото на работния сезон.
2. Съответствие на SFOC на Transport Canada
Transport Canada изисква експлоатацията на дронове над 25 kg, от операторите се изисква да кандидатстват за SFOC, а Transport Canada е одобрен от SORA и стандартни сценарии. Съдържанието, изисквано в SORA, включва дизайна за безопасност на дронове. Като краен селскостопански потребител е трудно да се предостави дизайн за безопасност и описание на надеждността на дрона.
DJI кандидатства директно към Transport Canada за замяна на потребителите на T30, за да завърши описанието на дизайна за безопасност и доклада за изпитване за надеждност на продукта, посочени в разпоредбите. Понастоящем T30 е одобрен от транспорта на Канада и местните фермери трябва само да заявят часа и мястото на предстоящата си работа, когато кандидатстват за SFOC, което значително спестява разходите за съответствие на потребителите.
Като дрон под 25 kg, T10 трябва да отговаря на канадския стандарт 922. За да улесни използването на потребителите, DJI също направи съответствието на стандарт 922, потребителите могат да го използват директно.
3. SORA Съответствие на FOCA
В Швейцария, за да могат селскостопанските потребители да преминат бързо прегледа, селскостопанските дронове се преглеждат предварително от Комитета по земеделие и след това се одобряват от FOCA. Производителите или дистрибуторите могат да помогнат на потребителите при подготовката на съответните материали за описание на продукта предварително по време на процеса на съответствие, за да преминат прегледа бързо.
VI. Заключение
Както е посочено от Международната организация по прехрана и земеделие в нейните цели:
Нашата цел е да постигнем продоволствена сигурност за всички и да гарантираме, че хората имат редовен достъп до достатъчно висококачествена храна, за да водят активен и здравословен живот.
Селскостопанските дронове предоставят съвременни научни и технологични инструменти за тази цел и създават нови работни места, нови социални нужди и социални ценности в процеса. Днес селскостопанските дронове обхващат цялостно основните хранителни култури по света, включително ориз, пшеница, царевица, картофи и соя. Те също така обслужват основни пазарни култури по света, като чай, цитрусови плодове, ябълки, череши, памук и захарна тръстика, за да назовем само няколко.
С дигиталното, точно и интелигентно управление на грозде, маслини, памук и други стокови култури, селскостопанската дрон система може да предостави на практикуващите по-удобна и ефективна схема за управление, като по този начин намалява оперативните разходи, увеличава производството, качеството и приходите. Прилагането на селскостопански дронове също ще обмисли по-щадящо околната среда и устойчиво развитие в бъдеще, за да допринесе повече за по-зелена земя, да улесни селското стопанство и да подобри живота.
Ние прегръщаме фермерите и сме решени да бъдем полезни за генерирането на техните приходи. Чрез по-добро интелигентно оборудване и решения можем ефективно да разрешим проблемите в производството на фермерите, за да помогнем да реализират мечтата им за увеличаване на доходите и да направят работата им по-ценна.
Обещаваме да защитим планетата и да продължим да намаляваме отпадъците и загубите в селскостопанското производство чрез създаване на по-добри инструменти и програми. По този начин ние се стремим да дадем възможност на повече практикуващи да извършват селскостопанско производство по по-екологичен начин да съществуват със земята в хармония.
Поддържаме печелившо сътрудничество и осъществяваме сътрудничество между индустрията, университета и научните изследвания с университети, химически компании, изследователски центрове и други институции. Съвместно ще изградим екологичен кръг с обучение на таланти, надграждане на продукта, химическа оптимизация и технологично надграждане като ядро и съвместно ще насърчаваме развитието и прогреса на глобалната селскостопанска наука и технологии.
Ние вярваме, че с непрекъснатото проучване на най-добрите практики, управлението на вредителите и използването на пестициди ще бъде по-разумно и ще има по-малко въздействие върху околната среда, политическата среда на селскостопанските дронове постепенно ще бъде облекчена и пространството за развитие на селскостопански дронове ще разшири.
Бихме искали да изразим нашата искрена признателност към всички, които работиха усилено за земеделието и допринесоха за опазването на околната среда.
Също така бихме искали да благодарим на всеки колега от DJI, работил по този доклад, на дистрибуторите и партньорите на DJI за тяхната подкрепа при създаването на неговото съдържание и на всички, които предоставиха медийни ресурси.
И накрая, трябва да изразим нашата най-дълбока благодарност за флората и фауната, които предоставиха данните, от които бъдещите поколения ще се възползват безмерно.
[1] Земеделски химикал за безпилотни летателни апарати, вижте https://mujin-heri.jp/index2.html
[2] Beratungsgesellschaft für integrierte Problemlösungen, вижте http://www.bipro.de/
[3] Вижте https://www.plantadrone.hu/
[4] Специален доклад за разследване на безопасността на операциите на селскостопански самолети. Специален доклад за разследване NTSB/SIR-14/01. Национален съвет по безопасност на транспорта на САЩ, 2014 г
[5] Юан Хуейджу; Гуо Йонгванг; Сюе Синю; Ян Сяодзин; Чен Чанг; Конг Сяо; Уанг Минг; Zhou Yang: „Ролята на популяризирането и прилагането на дронове за растителна защита за подобряване на степента на използване на пестициди в Китай“, Agricultural Engineering Technology, no. 09, 2018