Применение дронов для более эффективного земледелия
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или дроны эволюционировали от устройств военного назначения и фотооборудования до незаменимого сельскохозяйственного инструмента. Дроны нового поколения оптимизированы для использования в сельском хозяйстве для решения проблем, связанных с сорняками, внесением удобрений и дисбалансом уровня питательных веществ в почве. Крупные инвестиции и исследования в области технологий беспилотных летательных аппаратов привносят инновационные функции для расширения их применения в сельском хозяйстве. Дроны изготавливаются из легких композитных материалов. Это снижает вес и обеспечивает лучшую аэродинамику. Кроме того, они состоят из печатных плат, чипов, датчиков и программного обеспечения для улучшения их полета.
Датчики
Для начала, дроны оснащены камерами, способными делать снимки в видимом (VIS) и ближнем инфракрасном (NIR) диапазонах спектра. Также мультиспектральные датчики изображений позволяют получать одновременные снимки различных спектров света через один оптический путь. Эти мультиспектральные изображения используются для различения здоровых и поврежденных растений. Дроны выпускаются в широком диапазоне размеров и с различными функциями. Однако большинство современных дронов являются маленькими, недорогими, улучшенными и простыми в использовании благодаря появлению датчиков MEMS (микроэлектромеханические системы).
Различные типы датчиков включают:
| Тип датчика | Описание | Сельскохозяйственное применение |
|---|---|---|
| Тепловые датчики | Обнаруживают изменения температуры почвы и растений с течением времени | Выявление участков сухой/влажной почвы, мониторинг изменений температуры растений, обнаружение вредителей и грибковых инфекций |
| LIDAR | Датчики LIDAR (лазерное обнаружение и определение дальности) измеряют расстояния с помощью лазерного излучения и анализа отраженного света | Определение изменений высоты, оценка проблем дренажных и ирригационных систем (обычно дорогостоящие) |
| Гироскопический датчик | Обеспечивает стабильность, сопротивляясь наклоняющим силам во время полета | Поддержание стабильного полета (дроны обычно используют гироскопы на основе кольцевых лазеров) |
| Магнитометры | Измеряют магнитные поля (например, компас) | Проведение геологических изысканий, сбор информации о составе почвы и месторождениях полезных ископаемых |
| Барометры | Измеряют изменения атмосферного давления и преобразуют их в электрические/цифровые сигналы | Определение высоты дрона над уровнем моря |
| Акселерометры | Измеряют статические (гравитационные) и динамические (вибрационные) силы ускорения | Определение угла наклона дрона относительно земли (статическое), анализ движения дрона (динамическое) |
| GPS | Глобальная система позиционирования обеспечивает определение местоположения в реальном времени с помощью спутников | Отслеживание местоположения дрона даже вне зоны прямой видимости |
Кроме того, в дронах используется множество других датчиков, таких как датчики скорости, ультразвуковые датчики и т.д. Данные, полученные от этих датчиков за неделю/месяц/год, помогают в надлежащем управлении посевами и оказывают помощь фермерам в точном земледелии.
Деннис Боуман, эксперт в области сельскохозяйственных технологий, включая дроны, сказал:
Когда урожай вырастает выше вашей головы, трудно понять, что происходит на всем поле. Возможность получить такую картину с воздуха, увидеть, что происходит на дальнем конце 120-акрового поля, которое не видно с дороги, позволяет лучше оценить все происходящее, и к этой технологии проявляется большой интерес.
Как упоминалось выше, использование первоклассных датчиков и быстродействующего процессора делает дроны заметным продуктом на рынке. Кроме того, они обладают такими функциями, как:
| Функция | Описание | Преимущество |
|---|---|---|
| Радарное обнаружение и автономный возврат | Текущее положение дрона легко обнаруживается радаром; автоматический вызов возврата при потере диапазона RC | Функция безопасности предписывает дрону автоматически возвращаться на базу или точку взлета |
| IMU (Инерциальный измерительный блок) | Электронное автономное устройство, интегрированное в инерциальные навигационные системы | Измеряет высоту, скорость и положение относительно системы отсчета для навигации и управления |
| Система связи | Дистанционное управление по определенной частоте для предотвращения помех | Предотвращает помехи с другими пультами/дронами; может управляться через планшеты и мобильные телефоны (ограничено для небольших дронов) |
Дроны также оснащены такими технологиями, как режим от первого лица (First person view), гироскопы и управление наклоном, функции обнаружения препятствий и предотвращения столкновений, и многими другими.
Дроны — это будущее точного земледелия. Их появление в сельском хозяйстве произвело революцию в том, как фермеры видят свои хозяйства. Дроны от таких компаний, как PrecisionHawk, eBee от Sense Fly, AeroVironmet, Sentera, AgEagle, Yamaha, DJI и других, взяли на себя управление фермами. Несмотря на такие разработки, стоимость дронов не всем фермерам по карману. Для решения этой проблемы различные компании, такие как Agribotix, Aermatics3D, DroneAG и др., предлагают решения по дронам и анализу ферм по доступным ценам. Однако у многих людей до сих пор возникают вопросы о безопасности дронов, о том, как фермеры их используют, и о существующих нормативных актах. На эти вопросы отвечают различные правительства, которые поощряют фермеров использовать новые технологии в сельском хозяйстве и делать производство быстрее и лучше. Дроны, несомненно, открыли новое измерение в области точного земледелия, и этот полет достигнет новых высот в ближайшее десятилетие.
- Farmonaut (2025) - Освещает главные инновации 2025 года в области сельскохозяйственных дронов и визуализации для точного земледелия.
- Li Na (2024) - Обсуждает, как сельскохозяйственные дроны улучшают мониторинг почвы, состояние посевов и эффективность использования ресурсов для устойчивого сельского хозяйства.
Key Takeaways
- •Сельскохозяйственные дроны — незаменимые инструменты для умного земледелия, борьбы с сорняками, опрыскивания и контроля уровня питательных веществ.
- •Передовые датчики, такие как мультиспектральные и тепловизионные камеры, обнаруживают состояние растений, вредителей и инфекции.
- •Дроны используют LIDAR и тепловые датчики для оценки влажности почвы, рельефа и проблем с орошением.
- •Магнитометры собирают данные для геологических изысканий, выявляя состав почвы и залежи полезных ископаемых.
- •Интегрированные GPS, гироскопы и акселерометры обеспечивают стабильный полет, точное позиционирование и отслеживание движения.
- •Легкие композитные материалы и передовая электроника оптимизируют аэродинамику и функциональность дронов.
- •Технология MEMS-датчиков делает современные сельскохозяйственные дроны более компактными, доступными и удобными в использовании.
FAQs
How are agricultural drones being used to improve crop management?
Agricultural drones are revolutionizing crop management by enabling precise spraying of fertilizers and pesticides, identifying weed infestations, and monitoring soil nutrient levels. This leads to more efficient resource allocation and healthier crops.
What types of sensors do agricultural drones typically use, and what are their functions?
Drones use various sensors like visible and near-infrared cameras for plant health assessment, multispectral sensors to differentiate healthy from damaged plants, thermal sensors for soil moisture and plant temperature monitoring, and LIDAR for elevation and drainage mapping.
Can agricultural drones help in detecting pests and diseases?
Yes, thermal and multispectral sensors on agricultural drones can effectively detect early signs of pest infestations and fungal infections. This allows for targeted treatment, preventing widespread crop damage and reducing the need for broad-spectrum pesticides.
What are the benefits of using drones for soil analysis?
Drones equipped with thermal sensors can identify variations in soil moisture and temperature, highlighting areas that are too dry or too wet. This data helps in optimizing irrigation strategies and understanding nutrient distribution for balanced soil health.
Are agricultural drones expensive and difficult to operate?
While some advanced sensors like LIDAR can be costly, the advent of MEMS technology has made many agricultural drones smaller, cheaper, and easier to use. Their intuitive software and lightweight design make them accessible to a wider range of farmers.
How do drone sensors help in improving irrigation systems?
LIDAR sensors measure elevation changes, providing crucial data for designing and optimizing irrigation and drainage systems. Thermal sensors can also identify areas of plant stress due to inadequate or excessive watering, allowing for precise adjustments.
Sources
- •https://agtech.folio3.com/blogs/role-of-drones-in-farming-in-2024/ (2024) - Explores how drones revolutionize farming by optimizing crop monitoring, soil analysis, and livestock management.
- •https://farmonaut.com/blog/agricultural-drones-and-imaging-top-2025-innovations/ (2025) - Highlights top 2025 innovations in agricultural drones and imaging for precision agriculture.
- •https://www.walshmedicalmedia.com/open-access/agricultural-drones-revolutionizing-soil-monitoring-and-crop-management.php?aid=82422 (2024) - Discusses how agricultural drones enhance soil monitoring, crop health, and resource efficiency for sustainable farming.
