Аграрий будущего:

искусственный интеллект в сельском хозяйстве

Сельское хозяйство активно меняется - в поля приходят высокие технологии.

Скоро, как в фантастическом сериале «Кибердеревня», роботы будут управлять фермой, а датчики и дроны - контролировать каждый сантиметр поля. Это кажется фантастикой, но многие инновации уже используются в агросекторе.

Какие «фишки из будущего» уже помогают реальному фермеру повышать урожайность?

Спутниковый мониторинг полей

В 1970-х ученые придумали вегетационный индекс NDVI, который по спутниковым снимкам определяет состояние растений. Но тогда технология была несовершенна: разрешение снимков 50 метров не позволяло различить детали на поле.

Важным этапом стало появление в 1980-х годах спутников с разрешением около 30 метров, таких как Landsat. Именно с разрешения от 30 метров становится возможным эффективное вычисление вегетационных индексов, так как для этого требуются мультиспектральные снимки.

Прорыв случился в 2015 году, когда появился спутник с 10-метровым разрешением. Теперь NDVI действительно полезен агроному: он видит проблемные зоны на поле, отслеживает рост культур, прогнозирует урожай. А благодаря смартфонам эта технология стала доступна каждому аграрию

Помимо оптических снимков со спутников, в последнее время активно развивается использование высокоточных и радиолокационных (радарных) снимков. Высокоточные оптические снимки от коммерческих спутников имеют сверхвысокое разрешение до 30 см на пиксель. Это позволяет рассмотреть детали на поле для решения узкоспециализированных задач.

Радарные спутники снимают поверхность в радиодиапазоне. И преимущество получаемых радиолокационных снимков в том, что с их помощью можно "видеть" сквозь облака и туман, а также делать снимки ночью. Это позволяет получать данные о полях вне зависимости от погоды и времени суток. Радарные данные используются для оценки влажности почвы и биомассы растений.

Обработка радиолокационных снимков с помощью современных алгоритмов машинного обучения открывает перед агрономами новые горизонты. Можно не только отслеживать динамику полей, но и прогнозировать урожайность, выявлять проблемные участки, оптимизировать полив и внесение удобрений.

И высокоточные оптические, и радарные снимки являются перспективным направлением для сельского хозяйства. Комплексный анализ радиолокационных, оптических и инфракрасных снимков в сочетании с данными наземных датчиков дает наиболее полную картину состояния сельскохозяйственных угодий.

Такой подход лежит в основе точного земледелия и позволяет фермерам повышать урожайность и рентабельность за счет оптимального управления полями. Мониторинг с помощью комбинирования радарных и оптических данных способен вывести агробизнес на новый уровень эффективности.

В приложении ExactFarming вы можете увидеть не только вегетационный индекс растений, но и другие важные характеристики своих полей:

✔

Благодаря обработке спутниковых снимков и моделированию в нашем сервисе доступны карты влажности почвы. По ним удобно планировать полив и видеть пересыхающие участки.

✔

Есть и карты эрозии, показывающие потенциальные зоны смыва плодородного слоя почвы. С их помощью можно спланировать противоэрозионные мероприятия.

✔

А на картах рельефа отчетливо виден ландшафт каждого поля. Это позволяет грамотно разместить дороги, выделить участки для тех или иных культур, исключить переувлажнение.

Таким образом, благодаря разнообразным картам и аналитике на основе спутниковых данных, в ExactFarming каждый специалист может досконально изучить свои поля и рационально управлять ими.

Правда, облачная погода всё ещё не даёт рассчитать NDVI. Но мы в ExactFarming работаем над решением проблемы и в нашем приложении уже есть маска облачности.

Дроны заменяют управляющего полями

Первые образцы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) появились еще в 1916 году. Это были радиоуправляемые мишени для тренировки зенитчиков. Но широкое применение дронов началось только во второй половине 20 века. В 1959 году в США был создан первый разведывательный дрон MQM-57 Falconer. В 1973 году появился первый БПЛА с инфракрасной камерой, предназначенный для ведения разведки.

Первые гражданские дроны стали применяться в сельском хозяйстве в конце 1980-х – начале 1990-х гг. в Японии и Южной Корее. Это было связано с миниатюризацией электроники, появлением легких и недорогих дронов. Основная задача - фотосъемка полей для мониторинга состояния посевов.

Сегодня активное внедрение дронов в агросектор связано с их способностью быстро и с высокой детализацией снимать небольшие участки. Это позволяет оперативно обнаруживать проблемы и контролировать развитие растений.

Особенно их полюбили в Японии и Южной Корее - там дроны не только делают съемку полей, но и распыляют удобрения с воздуха. Бак с удобрениями крепится к дрону, автопилот выстраивает оптимальный маршрут, и агрохимикаты равномерно вносятся на нужные участки. Технология позволяет сэкономить на топливе и рабочей силе.

В России дроны также находят применение не только для мониторинга посевов, но и для опрыскивания пестицидами. Например, китайская компания XAG поставляет в нашу страну дроны-опрыскиватели, которые позволяют снизить воздействие химикатов на окружающую среду и повысить эффективность обработки полей.

Таким образом, БПЛА активно используются в агросекторе разных стран для решения задач мониторинга, опрыскивания и других сельскохозяйственных работ. Их преимущества - высокая мобильность, детальность съемки, точность обработки.

Даже обычная фотосъемка с дрона незаменима для агрария. Сверху видны детали, которые не разглядеть с земли: очаги сорняков, колонии вредителей, недостаток влаги на отдельных участках. По снимкам можно оценить всхожесть, рост, созревание культур.

Но масштабировать дроновую съемку на весь мир сложно и дорого. Поэтому в ExactFarming мы в основном используем данные со спутников - это гораздо дешевле и проще. А дроны применяем локально - там, где нужна максимальная детализация. Так сочетание спутников и дронов дает фермеру полную картину о состоянии полей.

Поля без секретов: как мультиспектральные снимки помогают агроному

Эффективное использование мультиспектральных спутниковых данных – важная составляющая точного земледелия, позволяющая современным специалистам рационально управлять агротехнологиями.

Сегодня мультиспектральные снимки помогают дистанционно оценивать состояние растений, выявлять стресс, прогнозировать риски для будущего урожая. Комбинируя информацию из разных спектральных каналов, можно определить вид культуры, влажность почвы, наличие сорняков и многое другое.

В компании ExactFarming мы активно используем мультиспектральные спутниковые снимки для мониторинга состояния посевов. Они позволяют оценить влажность почвы на полях по вегетационному индексу NDVI. Анализируя динамику NDVI, можно определить пересыхающие участки и спланировать полив.

Также по мультиспектральным данным видны зоны с избыточным увлажнением, которые нуждаются в дренаже. Комбинируя информацию о влажности почвы с прогнозами осадков, мы помогаем агрономам выбрать оптимальные сроки для посева сельскохозяйственных культур и внесения удобрений.

Датчики - глаза и уши фермера

Первые сельскохозяйственные датчики появились еще в 1970-х годах. Это были громоздкие и дорогие устройства, которые устанавливались на полях для измерения влажности почвы, температуры, осадков.

Сегодня датчики компактны и недороги, а главное - их можно контролировать удаленно через смартфон. Датчиками оснащают теплицы, фермы, сады - они становятся частью интернета вещей. По данным датчиков автоматизированные системы могут запускать полив, включать подкормку, регулировать микроклимат теплиц.

Видов агродатчиков сегодня огромное множество:

Датчики местоположения

Определяют координаты любого объекта на поле по GPS

Оптические

Измеряют влажность почвы по отражению света

Электрохимические

Определяют состав почвы, наличие питательных веществ

Метеодатчики

Фиксируют температуру воздуха, влажность, скорость ветра

В общем, датчики сегодня - это глаза и уши агрария, которые круглосуточно следят за всеми параметрами на полях.

ГИС и GPS - без них никуда

Технологии геоинформационных систем (ГИС) и глобального позиционирования (GPS) сегодня незаменимы для аграриев.

История ГИС началась ещё в 1854 году, когда английский врач Джон Сноу нанёс на карту Лондона все известные случаи смерти от холеры. Он обнаружил, что они сосредоточены возле одного колодца, и это позволило остановить эпидемию.

Современные ГИС-технологии используются для создания электронных карт сельхозугодий на основе спутниковых снимков и данных с дронов. На картах отмечаются границы и площади полей, рельеф, типы почв, дороги. Это помогает оптимизировать логистику и планировать агромероприятия.

GPS же незаменим для точного земледелия. Спутниковая навигация используется в тракторах и комбайнах для автопилота и автоматического внесения семян, удобрений, СЗР строго в заданные зоны поля с сантиметровой точностью.

В ExactFarming мы объединяем возможности ГИС и GPS. С помощью ГИС создаём карты с выделенными зонами разной продуктивности. А на основе этих карт генерируем задания для техники с GPS, которая точно выполняет посев или внесение агрохимикатов в нужные точки поля.

Так современные технологии ГИС и GPS становятся для агронома такими же незаменимыми помощниками, как руки.

Какие инновации нас ждут в ближайшие годы?

Давайте немного пофантазируем и представим, какие инновации в сфере искусственного интеллекта ждут нас в сельском хозяйстве в ближайшее время.

Исходя из текущих разработок, в следующие 5-10 лет нас могут ждать такие новшества:

Полностью беспилотные тракторы и комбайны,

работающие автономно без участия человека

Системы точного земледелия,

которые самостоятельно будут анализировать данные с датчиков и дронов и принимать решения о посеве, поливе, внесениях удобрений

Роботы

для интеллектуального сбора фруктов и овощей, отсортировки урожая

Автоматизированные теплицы и фермы

с полным контролем микроклимата и выращиванием растений под управлением ИИ

А если дать волю фантазии, то в далеком будущем нас могут ждать летающие дроны-опылители, суперурожаи, выращенные искусственным интеллектом, и даже полностью роботизированные фермы на Марсе!

Понравилась эта статья?