Дрони і Супутники в Сільському Господарстві: Що Краще?

Аерофотознімки, популярні для розваги та комерційного використання у багатьох галузях, також мають різноманітні застосування у сільському господарстві. Дрони і супутники пропонують агробізнесу безліч переваг: від спостереження полів та оцінки здоров’я посівів до ГІС картографування. Однак деякі функції можуть виконуватися виключно дронами або лише супутниками, тому поєднання обох методів є найбільш доцільним. Читайте далі, щоб дізнатися як поєднання даних із дронів і супутників може бути корисним для сільськогосподарських виробників і всіх зацікавлених сторін агросектору.

Можливості Дронів І Супутників Для Моніторингу Полів

Дистанційне зондування стало значно доступнішим та з часом охоплює все більше галузей. Водночас росте і попит на цю технологію в аграрному секторі, адже, серед інших переваг, використання дронів і супутників в управлінні фермами дозволяє суттєво підвищити продуктивність полів.

Супутники можуть виконувати численні завдання моніторингу, зокрема збирати метеорологічні дані та прогнозувати погоду на полях, а також аналізувати стан посівів. На противагу супутникам, дрони, літаючи низько, можуть розрізнити окремі види шкідників і конкретні ознаки хвороб рослин. Завдяки високій деталізації зображення з дронів дозволяють легко створювати інтерактивні 3D-карти та моделі. Натомість супутники захоплюють величезні території та не залежать від дощів чи вітрів. Отже, знімки, отримані з космосу, будуть вдалим варіантом для економії коштів у випадках, коли надвисока точність не потрібна.

Кожен метод має свої переваги та недоліки. Тому за можливості поєднуйте дрони із супутниками, щоб водночас згладити недоліки і отримати переваги їх обох.

Використання Дронів І Супутників У Сільському Господарстві

Аерофотознімання збирає дані для сільського господарства, спостерігаючи з висоти все, що відбувається на землі. Зазвичай супутники, які отримують дані, перебуваючи у космосі, є економічно ефективнішими. Натомість дрони, літаючи ближче до землі, мають свої переваги. Тому дрони і супутники не є повністю взаємозамінними, а вдало доповнюють один одного.

Супутники варто використовувати для таких цілей:

• Прогнозування опадів для ефективного планування заходів зрошення з урахуванням потреб різних культур, а також економії коштів і запобігання заболочуванню під час майбутніх дощів.
• Оцінка розвитку культур на всіх етапах їх росту за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення для точного землеробства.
• Аналіз родючості та здоров’я ґрунту за допомогою індексів рослинності для визначення потреби у добривах.
• Моніторинг вологості ґрунту (верхнього шару або кореневої зони) для своєчасного вимірювання точок в’янення культур і запобігання водному стресу.
• Прогнозування врожайності та подальша оцінка продуктивності полів шляхом обробки знімків з супутників та аналізу індексів рослинності.
• Визначення часу збору врожаю за допомогою алгоритмів сільськогосподарського програмного забезпечення для обробки супутникових зображень полів та аналітики посівів.
• Дистанційне зондування структури рослинного покриву для вимірювання біомаси рослинності, висоти рослин, фенологічної стадії, індексу листкової поверхні (LAI) та планування фертигації та внесення добрив.
• Дистанційне зондування поверхні рослинного покриву для вимірювання вмісту хлорофілу, виявлення пошкодження рослин шкідниками або хворобами культур та пригнічення бур’янами. Точніше визначити причини низького вмісту хлорофілу і падіння продуктивності допоможе подальша розвідка проблемних ділянок скаутами.
• Відстеження випасу тварин за допомогою архівів супутникових знімків для аналізу продуктивності великої рогатої худоби на різних пасовищах за останні роки та вибору найбільш придатних ділянок для випасу в найближчому майбутньому.

Водночас використання дронів у сільському господарстві має сенс у випадках, де важливий кут захоплення. Попри розвиток технології, зображення із супутників досі лишаються дещо пласкими.

Іншою перевагою дронів для сільського господарства є можливість їх використання безпосередньо для обробки посівів. Наприклад, дрони застосовуються для обприскування і посипання полів хімікатами, щоб знищити бур’яни та шкідників. Однак цю функцію можуть виконувати не всі дрони, а лише безпілотні літальні апарати (БПЛА) з високою вантажністю. Середня вантажність безпілотника варіюється від 0,3 до 2 кг, отже для великих полів потрібні або запускати звичайний сільськогосподарський дрон кілька разів, або використовувати дорожчий БПЛА з вищою вантажністю. Вочевидь, будь-який із цих варіантів передбачає додаткові витрати.

Дрони І Супутники: У Чому Різниця?

Окрім подібних функцій, дрони і супутники мають і специфічні для кожного виду. Тому випадки застосування цих апаратів в агробізнесі теж різняться. Вибираючи між двома джерелами аерофотознімків, слід враховувати кілька аспектів.

Автономність

Для керування агродроном потрібні оператори. Щобільше, деякі країни, зокрема США, змушують операторів дронів працювати з пристроями лише в зоні їх видимості. Натомість супутники, досягнувши орбіти, рухаються автономно, самостійно збираючи дані та надсилаючи їх на наземну станцію.

Доступність

У важкодоступних районах, таких як гори чи ліси, знімання дроном загрожує втратою апарата або ж узагалі неможливе. До того ж дрони повинні літати поблизу пункту управління, а дальність їх маршруту залежить від місткості акумулятора.

Водночас польоти супутників не обмежені особливостями ландшафту, тому вони можуть зафіксувати практично будь-яку точку планети, включаючи віддалені або важкодоступні місця.

Масштабованість

Супутники одночасно охоплюють значно більшу територію, ніж дрони. Замість того, щоб по кілька разів запускати аграрний дрон для відстежування ситуації на різних ділянках, можна легко і зручно використовувати онлайн-платформи супутникового моніторингу з усіма необхідними актуальними та історичними даними про ваші поля. Варто лише виділити у додатку контури поля, і ви отримаєте цілий стек доступних для аналізу зображень із супутників.

Правові Обмеження

Багато країн накладають свої законодавчі обмеження на використання дронів в сільському господарстві. Перш ніж запускати дрон, фермери повинні переконатися у дотриманні всіх законів і наступних поправок. Заборони насамперед стосуються польотів дронів поблизу стратегічних об’єктів, зокрема військових баз та аеропортів. Окрім того, у багатьох країнах для експлуатації БПЛА потрібна ліцензія^{Operation of Small Unmanned Aircraft Systems Over People. Federal Aviation Administration (FAA) and Office of the Secretary of Transportation (OST), Department of Transportation (DOT).}.

Натомість супутники, перебуваючи в космосі, не підпадають під дію подібних обмежень. Також вкрай низькою є й імовірність будь-яких юридичних перешкод щодо використання зображень з супутникових онлайн-платформ.

Вартість Експлуатації

До вартості експлуатації сільськогосподарських дронів входить ціна обладнання або ж витрати на його оренду, а також оплата роботи оператора. Зі збільшенням площі полів росте і вартість експлуатації дронів через потребу у більшій кількості запусків. До того ж отримані зображення потребують інтерпретації ГІС-спеціалістів, що тягне за собою додаткові витрати.

Щоб отримати доступ до зображень із супутників, зазвичай достатньо оплатити підписку на спеціалізоване програмне забезпечення для сільського господарства, наприклад, EOSDA Crop Monitoring. Дані на таких платформах одразу подаються у простому і зрозумілому для кінцевого користувача вигляді. Зібрані супутниками зображення на будь-яку доступну дату не потрібно додатково оплачувати. Крім того, платформа пропонує інші корисні функції для аналізу стану посівів, серед яких карти рослинності та продуктивності, актуальні погодні дані та прогнози, історичні дані, а також можливість призначати та відстежувати виконання польових робіт і завдань для скаутів.

Спеціально для потреб агробізнесу EOS Data Analytics планує запуск власного супутникового угруповання EOS SAT, перший супутник якого, EOS SAT-1, вже успішно функціонує на орбіті Землі. Таким чином користувачі платформи отримають доступ до ще точніших та детальніших даних про стан своїх полів, зокрема невеликих.

Залежність Від Погодних Умов

Супутники, на відміну від дронів, чутливі до хмарності. Водночас радіолокаційні датчики SAR-супутників проникають крізь хмари, тому вони можуть отримувати зображення навіть у похмурі дні. Натомість аграрний дрон не придатний для використання у темну пору доби, під час зливи чи сильного вітру. Хмарність з розривами також погіршує якість зображень з дронів, тому краще використовувати їх, коли небо повністю чисте або захмарене^{Kashiyama, T. et al. (December 10, 2020). Sky Monitoring System for Flying Object Detection Using 4K Resolution Camera. Sensors (Basel, Switzerland), 20(24), 7071. doi:10.3390/s20247071.}.

Особливості Обробки Даних

Зображення з сільськогосподарських дронів — лише джерело сирих даних. Вони не мають жодної управлінської цінності аж доти, поки користувачі оброблять їх самостійно за допомогою зовнішнього програмного забезпечення чи скористаються послугами ГІС-спеціаліста. При цьому, платформи для точного землеробства зазвичай мають вбудовані інструменти для аналізу зображень, зроблених супутниками, та надають користувачам уже інтерпретовані дані у зручному форматі. До прикладу, EOSDA Crop Monitoring містить карти вегетації і продуктивності, фактичні та історичні дані про вологість ґрунту, рівень опадів, температуру тощо. Тобто обробка знімків з агродронів потребує додаткових витрат, тоді як вартість розшифровки супутникових знімків вже входить у плату за підписку.

Особливість	Дрони	Супутники
Автономність	Потрібен оператор	Повністю автономні
Доступність	Підходять для рівнинних та легкодоступних територій	Не залежать від особливостей рельєфу
Масштабованість	Для невеликих полів	Охоплюють території будь-якого розміру
Правові обмеження	Заборонені у певних регіонах	Відсутні заборони та обмеження*
Залежність від погодних умов	Непридатні для використання у дощову чи вітряну погоду	Можлива часткова втрата даних через хмарність
Вартість експлуатації	Залежить від часу роботи	Залежить від охоплення території
Особливості обробки даних	Потрібен додатковий аналіз ГІС-спеціалістом	Автоматична обробка на сільськогосподарських онлайн-платформах

* Якщо досліджувана область інтересу (AOI) знаходиться в безпосередній близькості від військових або інших стратегічних об’єктів, доступ до даних з супутників може бути обмежений з міркувань безпеки.

Відмінності Зображень Із Дронів І Супутників

Обидва методи збору даних підходять для моніторингу полів, але кожен має свою специфіку. Серед основних відмінностей можна виділити наступні:

• супутні витрати;
• доступні спектральні канали;
• просторова роздільна здатність;
• типи датчиків дронів і супутників для сільського господарства;
• можливість отримувати якісні зображення в погану погоду;
• наявність архівів даних.

Здебільшого, дрони оснащені камерами, які роблять знімки на базі колірної моделі RGB. Удосконалені безпілотні літальні апарати з термодатчиками допомагають виявляти ушкоджені або загиблі культури, тепліші, ніж інші рослини, через низьку евапотранспірацію^{Stutsel, B. et al. (October 27, 2021). Detecting plant stress using thermal and optical imagery from an unoccupied aerial vehicle. Frontiers in plant science, 12-2021. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.734944.}. Також існують моделі, що дозволяють перемикатися між RGB і тепловим режимами, але вони значно дорожчі.

Зображення, зроблені супутниками, зазвичай мають нижчу роздільну здатність порівняно зі знімками з аграрних дронів. Все ж, у більшості випадків деталізації супутникових зображень достатньо для потреб сільського господарства, особливо коли йдеться про великі поля, де необхідно зрозуміти загальну картину, а не розгледіти кожну рослину. Однак, коли висока деталізація та точність все ж важливі, користувачі можуть скористатися супутниковими зображеннями високої роздільної здатності.

Знімки з сільськогосподарських дронів і дані з супутників у деяких випадках можуть доповнювати один одного. Наприклад, коли супутники виявляють проблемну ділянку, її можна додатково оглянути за допомогою дронів для отримання більш деталізованого зображення. Водночас слід пам’ятати, що обробка та зберігання великих масивів даних з сільськогосподарських дронів є складним завданням.

Можливості EOSDA Crop Monitoring Для Агробізнесу

Аналітичні інструменти EOSDA Crop Monitoring можуть бути корисними у страхуванні врожаю, фінансово-банківському секторі, ІТ індустрії, хімічній промисловості та інших сферах, пов’язаних з аграрним бізнесом. Вони знадобляться скрізь, де важливо мати вичерпні дані про поле та бачити повну картину на сьогодні та за минулі роки.

Наприклад, аналізуючи зібрані супутниками історичні дані про поле, страхові компанії можуть легко відстежувати, чи вчасно проводяться сільськогосподарські роботи, зокрема точне зрошення полів або фертигація для усунення дефіциту вологи та поживних речовин. Всі ці дані зручно вносити та легко відстежувати в журналі польових робіт на платформі EOSDA Crop Monitoring. Якщо втрати врожаю відбуваються з вини фермера, страхове відшкодування можна оскаржити.

Використовуючи EOSDA Crop Monitoring для власних потреб та надаючи доступ своїм клієнтам, страховики можуть структурувати та відстежувати польову діяльність. В облікових записах відображатимуться усі застраховані сільськогосподарські угіддя, таким чином користувачі завжди будуть в курсі прогресу та проблем на кожній ділянці. При цьому фермери мають доступ до інформації винятково щодо своїх полів.

Аграрні дрони поступаються супутникам для моніторингу сільськогосподарських угідь. Обстеження дронами коштує дорого, триває довго (включно з постійними перервами на обслуговування), та вимагає додаткової обробки отриманих знімків. Натомість супутникові платформи всього за кілька хвилин надають користувачам зрозумілі дані про стан поля та історію його обробітку.

Бази даних із супутників також можуть знадобитися агроконсультантам. Зокрема, EOSDA Crop Monitoring можна використовувати для залучення клієнтів, чиї поля знаходяться у важкодоступних регіонах. Це особливо корисно, коли консультанти не можуть фізично відвідати поле або його обстеження передбачає додаткові витрати.

Маючи координати, можна обстежити будь-яке поле на планеті: індекси вегетації та інші аналітичні функції EOSDA Crop Monitoring дозволяють ефективно спланувати заходи підвищення продуктивності кожного окремого поля. Наприклад, консультанти мають змогу легко виявляти зміни в стані культури протягом вибраного періоду, порівнюючи значення NDVI за дві різні дати за допомогою режиму розділеного перегляду.

Можливості EOSDA Crop Monitoring не обмежуються індексом NDVI. Користувачі можуть використовувати й інші вбудовані індекси вегетації, зокрема MSAVI, NDRE, ReCl та NDMI, кожен з яких корисний для виявлення закономірностей у певних випадках.

Виявивши відхилення у здоров’ї посівів за допомогою даних із супутників, ви можете детальніше розглянути проблемну ділянку дроном або ж поставити завдання скауту. Функція скаутингу в EOSDA Crop Monitoring дозволяє робити це всього за кілька кліків: достатньо відмітити область інтересу і вибрати фахівця.

За допомогою наданих супутниками історичних даних, користувачі платформи можуть відстежувати зміни на полі за цілі десятиліття без додаткових витрат. Використовуючи карти вегетації в EOSDA Crop Monitoring, аграрії можуть поєднувати VRT-програми з дронами та іншою технікою для точного землеробства. Такий підхід допомагає заощаджувати кошти, сприяє підвищенню врожайності та запобігає забрудненню природи, таким чином сприяючи розвитку сталого сільського господарства.

Чи Можуть Дрони Замінити Супутники В Сільському Господарстві?

Ні, не можуть. Особливо, коли йдеться про моніторинг величезних полів, іноді розкиданих по всьому світу. Обстеження великих територій дронами економічно недоцільне, адже супутникові дані значно дешевші та доступніші, насамперед на спеціалізованих сільськогосподарських платформах на зразок EOSDA Crop Monitoring. Окрім того, великим аграрним підприємствам потрібен доступ до архівів історичних даних, які дозволяють аналізувати обробіток полів у попередні сезони, обирати правильну послідовність сівозміни й ефективно планувати заходи для підвищення родючості ґрунту на найближчі роки.

Поєднання супутників і дронів дозволить компенсувати слабкі сторони кожної технології та отримати максимум корисної інформації. Наприклад, коли супутникам заважають хмари, дрон може прояснити ситуацію для агронома. Інтеграція даних з обох джерел дозволить об’єктивно оцінити стан посівів на полі. З іншого боку, коли є доступні безхмарні супутникові знімки, потреба у дронах для сільського господарства зазвичай відпадає.

Тоді як використання дронів для моніторингу вимагає постійних (і немалих) витрат, знімки, надані супутниками, з кожним роком стають все доступнішими. Цей фактор водночас спрощує впровадження супутникової аналітики в агросекторі та покращує управління ризиками, дозволяючи оперативно реагувати на зміни в стані посівів та підтримувати здоров’я культур.