Ezért kincs az agráradat – 5. rész: Távérzékelés, növénymonitoring, drónok (x)

Támogatók:

Távérzékelés, növénymonitoring, drónok

A helyspecifikus gazdálkodás csak akkor érhet el valós eredményeket, ha az egyes döntések kellően megalapozottak, és a táblán belüli különbségeket a rendelkezésre álló adatok felhasználásával, szakszerűen vizsgáljuk. A mezőgazdasági információszerzés egyre népszerűbb formája a távérzékeléssel nyert adatok feldolgozása és értelmezése.

A ma már klasszikusnak számító műholdas adatnyerés – ami az adatok feldolgozása és értelmezése nélkül nem tud beépülni a gazdálkodói gyakorlatba – nagyobb területekről nyújt megbízható adatokat, a műholdfelvételek kiértékelése azonban szakértelmet kíván.

A szemünk láttára kibontakozó dróntechnológia, ami egyrészt a felvételezésben, másrészt a beavatkozásokban lehet a gazdálkodók segítségére, folyamatosan fejlődik. A távérzékelésben rejlő lehetőségek, a technológia szinte követhetetlen ütemű előrehaladása olyan új lehetőségeket nyit meg a termelők számára, amelyeket meg kell érteni, meg kell tapasztalni.

A technológia csak akkor tud beépülni a mindennapokba, ha kézzel fogható, a jövedelmezőség növekedését eredményező megoldást nyújt. A cikksorozat jelenlegi fejezetei ezt segítik elő: a műholdas távérzékelési- és a dróntechnológia alkalmazási lehetőségeinek megértését. Érdemes tehát elmélyülni a táv­érzékelés világában!

Az ma már nem elég, ha valakinek kizárólag agrártudása van

Verőné Dr. Wojtaszek Małgorzata az Óbudai Egyetem székesfehérvári Alba Regia Műszaki Kar Geoinformatikai Intézetének egyetemi docense. Az intézmény Precíziós gazdálkodási szakmérnök/szakember képzését vezető hölggyel beszélgettünk a távérzékelés, a drónok és a műholdfelvételek gazdák számára megtérülő használatáról.

Melyek a legfontosabb kihívások a távérzékelés gyakorlati alkalmazásakor?

A távérzékelés témájáról általában a szép, színes műholdas, drónos vagy időjárási jelenségeket ábrázoló radarfelvételek jutnak az ember eszébe. Azonban a távérzékeléshez nemcsak az adatnyerés, hanem az adatkiértékelés is szervesen hozzátartozik. Az adatnyerési technológiák az első erőforrás-kutató műhold megjelenése óta rohamosan fejlődnek, és ennek köszönhetően egyre több és jobb minőségű adatot biztosítanak a felhasználók számára. A felvételek készítése szorosan kapcsolódik a műszerekhez és a technikai megoldásokhoz. 

A feldolgozásnál nagyobb szerephez jut a kiértékelést végző személy. A nem megfelelő adatosztályozási módszerek alkalmazása pontatlan, sőt hamis eredményt adhat, ami a döntéshozatalt és az alkalmazott technológia eredményességét negatívan befolyásolja. A jelenlegi technikai fejlettségi szinten a távérzékelés gyakorlati alkalmazásában a képelemzés, az információnyerés a legnagyobb kihívás. A képelemzésnél viszont nem egy vegetációs indexek előállítására, vagy egyszerű automatikus algoritmus lefuttatásával létrehozott osztályozási képre kell gondolni, hanem olyan tematikus információra, amely hasznos a gazdálkodásban. Ilyen információ pedig csak akkor állítható elő, ha az osztályozás a vizsgált jelenség és a felvételen mérhető érték közötti összefüggések elemzésén alapul.

Gyakorlati szempontból a képelemzés több lépésből áll. Mindegyik komoly kihívást jelent, és ugyanannyira fontos, hiszen egymásra épülnek és egy esetlegesen elkövetett hiba vagy meggondolatlan döntés negatív hatással lehet az eredményre. A folyamat az adatkiválasztással kezdődik, ami nagyban befolyásolja a kimeneti eredményt. Egyáltalán nem egyszerű kiválasztani, hogy melyik időpontban készült felvételt használjuk elemzésre, a rendelkezésre álló sávokból (pl. 8–13 sáv) melyik hoz valóban információt. Ezt a döntést mindig a cél függvényében kell meghozni.

Tovább haladva szükség van az adatelőkészítésre, előfeldolgozásra. El kell dönteni, hogy elegendő-e a rendszerkorrekció, ami tartalmaz bizonyos geometriai és radiometriai javításokat. Utána jön az osztályozás. Itt az a kérdés, hogy melyik módszereket használjuk. Ez mind hatással van az output pontosságára, megbízhatóságára (kimeneti eredményre) és végső soron a távérzékelés alkalmazásából származó gazdásági haszonra. A képfeldolgozás is folyamatosan változik, kiegészül újabb és újabb lehetőségekkel, az eredményes alkalmazás komoly szaktudást igényel. Nagyon fontos kiemelni, hogy az elemzéshez nélkülözhetetlenek az agrárismeretek. Hiába jó egy tematikus térkép, azt megfelelően elemezni kell, ehhez pedig mindenképpen agrárszaktudásra és a gazdára is szükség van.

Milyen kísérleti, vizsgálati eredmények bizonyítják a növénymonitoring hasznosságát?

A növénymonitoring esetében a műholdas felvételeknek van nagyobb szerepe. Ennek az az oka, hogy jelenleg több szabad forrású Földmegfigyelő rendszer működik. Ezek a rendszerek részletes (10–30 méteres pixelméret) és ugyanakkor nagy (5–36 ezer km2-es) területekről homogén, néhány naponként megismétlődő adatot biztosítanak. Ezen kívül elérhetőek a még nagyobb felbontást (1 méter) biztosító kereskedelmi műholdak adatai is. Természetesen az időjárás nagyban befolyásolja a felvételek minőségét és felhasználhatóságát. Itt jön a képbe a drónos távérzékelés. Az alacsony magasságban végzett repülések a felhős körülmények között is elvégezhetők. A szórt fény ugyan befolyásolja a felvételek minőségét, de akkor is használható adatokhoz lehet jutni vele. Ez remek megoldás akkor, amikor nagyon lényeges, hogy a felvétel egy adott időpontban készüljön el egy kisebb területről. Több 100 hektáros táblákon ez a fajta adatnyerés nehezebben megvalósítható. Összességében kijelenthető, hogy a drónos technológia kiválóan kiegészíti a műholdas technológiát, és a két forrásból származó adatok együttes alkalmazásával a növénymonitoring feladatai megoldhatóak.

A drónos megfigyelések szempontjából kétféle pontosságról beszélhetünk: ez a geometriai és a tematikus pontosság. Nemzetközi és hazai szinten is több tudományos kísérlet vizsgálta és vizsgálja ezeket. A geometriai pontosság esetében arról van szó, hogy egy felvételen azonosított objektum pozíciója mennyire felel meg a valóságos pozíciónak. Ezzel kapcsolatban megemlíteném, hogy az ÓE AMK Geoinformatikai Intézet néhány éve természetes körülmények között egy tesztpályát létesített ilyen jellegű vizsgálatok céljából. A különböző típusú drónokkal és szenzorokkal végzett tesztrepülések nagyon jó eredményt hoztak. A geometriai pontosság (vízszintes és magassági értelemben is) néhány centiméternek felelt meg, ami bizonyítja, hogy a drónos felvételek kiválóan használhatóak a precíziós gazdálkodás gyakorlatában.

A tematikus pontosság azt mutatja, hogy az adott jelenség mennyire azonosítható a drónos felvételen és leírható-e térhez kötött számokkal, amelyek információt jelentenek. Fontos, hogy a tematikus pontosság garantált és statisztikailag igazolt legyen.A térben és időben lezajló jelenségek térképezése, növényfejlődésének monitoringja, esetleg valamilyen események hatására kialakuló probléma (például belvíz) azonosítása, és a problémák hatásának a növényfejlődésre vonatkozó vizsgálata megfelelő spektrális felbontású felvételek alkalmazásával lehetséges. Jelenleg a multispektrális kamerák (látható és közeli infravörös) terjedése a jellemző. Ugyan sok esetben csak a vizuális (látható) tartományban történik az adatnyerés, ez kevésbé alkalmas a monitoring feladatok többségének elvégzésére. Ezekre a vizsgálatokra alapvetően a multispektrális kamerával rögzített adatok alkalmasak.

Természetesen a geometriai és tematikus pontosság követelményei a műholdas felvételek kiértékelésére is vonatkoznak.

Mi a műholdfelvételek alapján történő növénymonitoring előnye?

A műholdas távérzékelés növénymonitoring alapját legtöbbször olyan szabadforrású megfigyelő rendszerek, mint a Sentinel 2 és a Landsat műholdjai adják. A két műhold adatai eredményesen használhatóak a precíziós gazdálkodásban. Vegetációs időszakban a növény fejlődésének nyomon követése (növénymonitoring) a cél, úgy, mint a fejlettségi eltérések, a kártevők, a stresszhatások és egyéb problémák felderítése (tápanyaghiány, aszály stb.). A monitoring céljainak megvalósításához olyan adatelemzési módszer kidolgozása szükséges, amely pontos és megbízható információt ad például a fejtrágyázáshoz, a betegségek detektálásához, a terület adottságainak objektív felméréséhez vagy távérzékelés alapú termésbecsléshez.

A Sentinel 2 rendszer technikai paraméterei: visszatérési idő és a geometriai felbontása – a mezőgazdasági alkalmazások szempontjából – jónak mondható. A spektrális felbontás előnye, hogy nemcsak alap spektrális tartományokban (látható és közeli infravörös), hanem szűk spektrumtartományokban (vörösnél) is működik. Ez a növényegészségügyi állapot felméréséhez ad fontos információt. Továbbá a közép infravörös tartományban (MIR) is biztosítja az adatokat, ami a nedvességbecslésben nagyon lényeges a megbízható eredmény érdekében. Ez nélkülözhetetlen a vízellátás megfigyeléséhez, illetve az aszálymonitoringhoz.

A Landsat felvétel előnye, hogy az adatfelvételezés a termális infravörös tartományban is történik. Igaz, hogy a geometriai felbontása gyengébb, mint a többi sávé, de jól használható a hőmérséklet és a nedvességtartalom becsléséhez.

Hogyan épülnek be a távérzékelés megoldásai a gyakorló gazdák termelési folyamataiba?

A precíziós mezőgazdaságban a teljes- vagy résztechnológiát használó szakemberek döntéshozatala eredményesen támogatható távérzékelési adatokkal. És ez a teljes termelési folyamatra érvényes. Ha csak a vegetációs indexet nézzük a vetéstől a betakarításig, a távérzékelés használható növénymegfigyelésre és állapotfelmérésre. A növényállapot pedig korrelál a tápanyag- és a vízellátással. Bármilyen külső befolyás (pl. betegség, szárazság) hatására nemcsak a növény vitalitása változik, de a növény spektrális tulajdonsága is, ami műholdak vagy repülőgépek fedélzetén elhelyezett szenzorokkal detektálható, majd ezután megjeleníthető és számszerűsíthető. A növényi stressz hatásának korai felismerése nagyon fontos a hatékony kezelési stratégia kidolgozásához. Amikor pedig ezeket számszerűsíteni tudjuk, vizsgálhatóvá válnak az összefüggések. Jó példa erre a vízellátás és a növényállapot közötti kapcsolat.
A vízellátás térbeli és időbeli változékonyságára vonatkozó információ felhasználható például az öntözés tervezésében. A gyomosodás is térképezhető, ami aztán felhasználható a gyomirtási műveletek meghatározásakor. A vad- és az időjárási jelenségek okozta károk is kiválóan mérhetőek a technológia használatával. Ráadásul a mérés eredménye alapot adhat a helyes beavatkozások megválasztásához. A precíziós gazdálkodás alapja a terület termőképességének felmérése, és ehhez is alkalmazható a távérzékelés. Ebben az esetben nagyon fontos, hogy a felmérés ne egyszeri (egy időpontú) felvétel alapján történjen meg a termelők (vagy szolgáltatók) részéről, hanem többéves idősor elemzése alapján. Tudatosan kell kiválasztani a felvételeket, és azok együttes kiértékelésével megbízható térképeket és felméréseket lehet elvégezni.

A távérzékelés azonban nem csak az állapotfelméréshez és a tervezéshez használható, hanem a műveletek eredményességének vizsgálatára is kifejezetten alkalmas. Ez azért fontos, mert ha a végeredmény nem lesz olyan, mint ahogy azt elterveztük, meg tudjuk vizsgálni ennek az okát, ami kiemelten fontos információ lehet a következő évek gazdálkodására vonatkozóan.

Milyen hibákat szoktak elkövetni a gazdák a távérzékelés során?

Hibák alapvetően abból származhatnak, hogy a gazdák milyen formában találkoznak először a távérzékeléssel. A különböző szakmai fórumokon és beszélgetéseken a gazda meglátja a kiváló minőségű, szép, színes felvételeket, amelyek hihetetlen fellendülést jelentenek, mert látja a területét, a táblán belüli eltéréseket, szinte mindent. De ez mind csak látvány.

Ezért nagyon fontos, hogy a gazdálkodó az adatelemzés lényegével, a hasznos információ kinyerésével is találkozzon. Amennyiben pedig a gazda nem rendelkezik a távérzékelés alapismereteivel, akkor akár úgy is tekinthet a technológiára, mintha egy csodaeszköz lenne. Pedig nem az, nem lehet mindent megoldani vele. Az adatnyerés és információ-előállítás javítja a precíziós mezőgazdasági technológia eredményességét. Azonban akkor, ha a termelő nem megbízható adatokat kap, akkor csalódás éri. Ez pedig nagyon komoly gát a technológia terjeszkedésében.

Belegondolva abba, hogy vajon elvárható-e a gazdáktól ez az alapismeret, azt hiszem, a válasz: igen. Hogy miért? Gondoljunk a precíziós munka- és erőgépekre, vagy a globális navigációs műholdrendszer (Global Navigational Satellite System – GNSS) használatára. Ezeket nem elég megvenni, meg kell tanulni a használatukat. Eközben lehet megszerezni a technológia hátterében lévő alaptudást. Csak így tudja eredményesen használni például az automatikus kormányzást, vagy a hozammérő szenzorokat. Ilyen a távérzékelés is. Természetesen nem minden gazdálkodónak kell elemezni a felvételeket, de az alapismeretekre szükség van, mert ezek olyan információt adnak, ami alapján dönteni lehet az adott feladat megoldásáról. Szükség van-e a táv­érzékelésre? Ha igen, milyen előnyökkel jár ez? Az igénybe vett szolgáltatás megfelelő minőségű-e? A vak bizalom helyett érdemes megtanulni az alapokat, hogy a szakmaiság minden esetben megmaradhasson.

Mit javasolsz a helyspecifikus technológia iránt nyitott, vagy azt már használó termelőknek?

Jelenleg az a helyzet, hogy interdiszciplináris, vagyis tudományterületeken átívelő tudás szükséges a precíziós gazdálkodási technológia eredményes alkalmazásához. Kizárólag az agrárismeretek nem elegendőek, a műszaki technológiákhoz, a térinformatikához és a távérzékeléshez kapcsolódó tudással is rendelkezni kell.

Természetesen nem elvárható, hogy minden gazdálkodó egyben professzionális térinformatikus vagy digitális képelemző specialista legyen. Azonban mindenképpen, legalább alapszinten ismernie kell ezeknek a technológiáknak a felhasználási lehetőségeit, azok korlátait. A távérzékelés előnyeit legjobban a gyakorlaton keresztül lehet megismerni. Jelenleg néhány olyan webes felület is elérhető (Sentinel Hub OE Browser: https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser), ami igaz, hogy korlátozott eszköztárral, de lehetőséget ad műholdas felvételek keresésére és egyszerű sávok közötti műveletek elvégzésére, mint például indexek (NDVI, NDWI) vagy színhelyes, hamis színkompozit előállítására. Ezek használatával a kiválasztott területen bekövetkezett változások nyomon követhetők, az indexképek, vagy kompozitok minimális szaktudással elemezhetők. Fontos, hogy a gazdálkodó értelmezni tudja, hogy a felvételen látható intenzitási különbségeket, a táblán belüli eltéréseket mi okozza. Egyes problémák okának felderítéséhez, azok megoldásához érdemes megbízható szolgáltatót igénybe venni. A cél, hogy tudatos legyen az adatok használata. Sokan tudnak nagyon szép térképeket előállítani, de agrártudás nélkül az csak egy szép térkép marad. Pedig a legfontosabb, hogy az információ beépíthető legyen a döntéshozatalba.

Mi javíthat a műholdképek elemzésén, milyen megoldásokkal érdemes kiegészíteni azokat?

A térinformatikai (GIS) rendszerek területén – hasonlóan az adatnyeréshez – dinamikus fejlődés tapasztalható. Több szabadforrású és kereskedelmi program érhető el a piacon. A képfeldolgozó szoftverekhez folyamatosan fejlesztik az algoritmusokat, tehát az eszköztár rendelkezésre áll. Azonban nem könnyű eldönteni azt, hogy melyiket használjuk. Tekintettel a mezőgazdaságban használt adatok sokféleségére, az adatok eredményes kezeléséhez és kiértékeléséhez olyan szoftver szükséges, amely több formátumú raszteres és vektoros adatok kezelésére (adatok közötti műveletek végrehajtására) képes. Az lenne a legjobb, ha létezne egy szuper térinformatikai program, ami képes lenne kezelni a több forrásból érkező adatokat. De egyelőre ilyen sajnos nincsen. A kombájn­mérések, a műholdképek és a talajtani laborvizsgálatok adatait legtöbbször más-más szoftverrel jelenítjük meg és értékeljük ki. Ezért fontos lenne biztosítani a szoftverek közötti könnyű adat­átjárhatóságot. A nagy kihívás ezeket közös platformra hozni, integrálni, amivel a gazdálkodási döntések eredményességét tudnánk emelni. A képelemzés javítását pedig az agrártudás beépítésével lehet elérni. Erre két út létezik: vagy a térinformatikusokat és a távérzékelési szakembereket látjuk el agrártudással, vagy az agrárszakemberek tudását egészítjük ki a térinformatika és a távérzékelés ismereteivel.

Székesfehérvárról Szegedre repülünk, ahol Szalma Elemérrel beszélgettünk a dróntechnológia lehetőségeiről és a pontos adatgyűjtésről.

Akikre a kínai dróngyártó óriás is felfigyelt

A Szegedről származó Szalma Elemér Gödöllőn, a Szent István Egyetemen (ma MATE) szerzett agrármérnök végzettséget az utolsó, még osztatlan rendszerű 5 éves képzésben. A szak befejezését követően 7 évet foglalkozott geofizikával, ezalatt pedig elmélyült a térinformatika világában is. 3. éve dolgozik a Gabonakutató Nonprofit Kft. alkalmazásában, ahol többek között kisparcellás kísérletek drónos monitorozását végzi, mindemellett pedig a PlantaDrone Kft. tagjaként a felvételezési, feldolgozási és kijuttatás-technológiai folyamatokkal foglalkozik, illetve térinformatikus öccsével és a korábban a sorozatunkban interjút adó Gyovai Szabolccsal közösen építik a vállalkozást. A Duplitec Kft.-vel kötött együttműködés keretében több monitorozó és egy DJI Agras T20-as mezőgazdasági permeteződrónnal törekszenek arra, hogy minél pontosabban gyűjtsék az agráradatokat és ezek rendszerezése után hozzásegítsék a gazdákat a lehető leghatékonyabb termeléshez.

Milyen gyakorlati tapasztalatokat szereztetek a termelőknél a monitoring folyamatokkal kapcsolatban?

A gazdák alapvetően tartózkodóak, óvatosak a monitoringgal, illetve a távérzékeléssel kapcsolatban. Egyelőre még jobban hisznek a régi, jól bevált módszerekben és technológiákban, de azért egy enyhe nyitás érzékelhető. A gazdálkodók részéről az utóbbi időben elsősorban belvizes területeken történő, vagy lineár telepítés előtti domborzatmodellezésre, belvíz, pocokkártétel, illetve vetéshibák pontos területének felmérésére érkeztek megkeresések. Érdekes, de az Alföldön is találkoztunk olyan 100 hektár körüli táblával, amely legmagasabb és legmélyebb pontja között több mint 10 méteres szintkülönbség volt detektálható. Ezek a szintkülönbségek pedig befolyásolják a talaj tápanyag- és vízellátottságát. Ezek mellett kaptunk még GAP-elemzéseken részt vevő kisparcellás területek nagy felbontású és multispektrális felvételezésére irányuló megbízásokat is.

Milyen nehézségekre és kihívásokra kell figyelni a monitorozás során?

A monitorozás nehézségeit három részre lehet bontani:

1. A törvényi háttér, amely az elmúlt időszakban sokat változott a mezőgazdasági monitoring előnyére, de még van hova fejleszteni. Célszerű lenne a 120 méternél magasabban történő drónos felvételezések engedélyezési eljárási folyamatait is leegyszerűsíteni, mert ugyan jelenleg is lehet akár több 100 méter magasan dolgozni a drónokkal, csak azt előzetesen be kell jelenteni és légtérhasználati engedélyt kell igényelni rá. Ez pedig legalább 30 napig is eltart. Az ezek nélkül repülhető 120 méter nem elegendő az üzemi szintű használathoz, ez nagyjából egy 10 hektáros tenyészkerthez megfelelő felszállásonként. Egy 100 hektáros tábla időhatékony lerepüléséhez legalább kétszer ekkora magasság könnyű és gyors engedélyezésére volna szükség. Kifejezetten fontos lenne a programozott, automata repülés engedélyezése VLOS (Visual Line of Sight) láthatósági tartományon kívül is.

2. A megfelelő technikai (hardver és szoftver) háttér és tudás. Fontos a megbízható eszköz megléte, a pontos beállítás ismerete. Lényeges a szükséges GSD-hez (terepi felbontás) tartozó magasság, a felvételek közti átfedések pontos beállítása, a multispektrális felvételezéskor a kalibrációs panel használata és a napfénybeesési szög szerinti útvonaltervezés, valamint a fényerősséghez, illetve a felvételezési magassághoz megfelelő repülési sebesség megválasztása. Ide tartozik a felvételezendő terület kijelölésekor a domborzat figyelembevétele is. Amikor például egy völgyben lévő parcellát kell felvételezni, akkor a missziót a parcella legmagasabb pontjáról kell kezdeni, hogy biztosan meglegyen a képek közti beállított átfedés. Kivéve, ha olyan repülésvezérlő szoftverrel repülünk, amelyikben van „Terrain Following”, tehát „domborzatkövető” magasságtartás.

3. Az időjárási tényezők figyelembevétele: legfeljebb 20 km/h szélsebesség, megfelelő felvételezési időpont-kiválasztás (minimum 30 fokos napfénybeesési szög megléte), úgy, hogy lehetőleg ne essen semmilyen árnyék a felvételezendő kultúrára. A homogén megvilágítás megléte is rendkívül fontos: vagy teljesen napos, vagy teljesen felhős legyen az égbolt.

Hogyan áll össze a bejövő indexek értelmezése és elemzése?

Nagyon fontos, hogy a megfelelő indexet válasszuk ki és használjuk az adott növény adott fenológiai stádiumának monitorozásakor. A vegetációs időszak elején az NDVI-indexet, éréskor, teljes vegetációban viszont az NDRE-indexet érdemes alkalmazni az állományszintű eltérések jobb szemléltetése végett. Nagyon sok különbséget lehet így felfedezni. A növények kiváló indikátorok és igen gyorsan jelzik, ha valamilyen stresszhatás éri őket. Az a feladatunk, hogy a távérzékelési módszerekkel gyűjtött adatokban lévő eltérésekhez biotikus/abiotikus okot tudjunk csatolni, tehát megtaláljuk az adott tünet spektrális reflektancia görbéjét. (Ha különböző hullámhosszokon megmérjük a vizsgálni kívánt „tárgy” reflektanciáját és azt a hullámhosszokkal együtt egy x, y koordináta-rendszeren ábrázoljuk, akkor a kapott értékeket összekötő görbét az adott „tárgy” spektrális reflektancia görbéjének nevezhetjük.) Ezzel meghatározhatjuk azokat a hullámhossz értékeket, tartományokat, amelyben a „tárgy” vizsgálható távérzékelési módszerekkel.

Ezek mellett a cél a lehető legtöbb forrásból származó adat és eredmény összegzése, a referenciaadat/érték meghatározása és indexértékhez rendelése. Ilyenek például a meteorológiai adatok, az idősoros műholdképek, a hozamtérképek és a talajmintavételi eredmények is. Ezen adatok együttes használatával nagy valószínűséggel meg tudjuk állapítani, hogy eseti probléma (például kártevők vagy kórokozók jelenléte), vagy évek óta fennálló állapot (például tápanyaghiány) áll az indexbeli eltérések mögött.

A monitorozás érdekességei, tanácsok a gazdáknak

A folyamatosan fejlődő szenzortechnológia és az exponenciálisan növekvő adatmennyiség elemzéséből származó összefüggésekből a jövőben egyre pontosabb előrejelzéseket és becsléseket fogunk tudni majd megvalósítani. Ez lehet a hozam, vagy akár a beltartalom is. Képesek leszünk kórokozók és károkozók kártételeinek korai felismerésére és azonosítására. Lehetővé válhat a pontos fajazonosítás a gyomnövényeknél – folytatta Elemér. A távérzékelés ugyanakkor nem helyettesíti a rendszeres szántóföldi szemlézést! Viszont segít „megkeresni a tűt a szénakazalban” azáltal, hogy láthatóvá válnak az emberi szem számára sokszor észrevehetetlen gócpontok. Így a szemlézés célirányos lehet, ezzel pedig sok időt és energiát spórolhatunk meg. A mezőgazdasági távérzékelés nem mindenható, nem csodaszer és nem is varázslat, hanem egy modern szenzorokból és az azokból kinyert adatok megfelelő értelmezéséből álló döntéstámogató rendszer, a gazdák, az agronómusok és a növényorvosok számára. A gyakorlatban a felvételezés és a kijuttatás kéz a kézben jár. A távérzékelés egy döntéstámogató rendszer, aminek az egyik legfontosabb része, hogy a felvett adatokat mindenképpen fel is kell dolgozni. Ezek elemzésével lehet meghozni a döntéseket és cselekedni. A felvételezésnél nyert adatok alapján le kell határolni a kezelendő foltokat és kifejezetten csak azokon érdemes elvégezni a szükséges műveleteket. Például a foltszerűen megjelenő mezei acattal fertőzött területre rá lehet menni a szakasz- vagy fúvókavezérelt hidas permetezővel. Az előre elkészített permetezési nyomokon be kell járni az egész területet, de a gép automatikusan csak azokon a szakaszokon fog fújni, amiket előre beállítottunk a felvételezés alapján. Ma már egy kijuttatási térképet a drónokon kívül a megfelelő technológiájú önjáró és a függesztett permetezők is tudnak kezelni.

A saját tapasztalataink alapján a gazdáknak azt javaslom, hogy próbáljanak meg nyitni a modern technológiák irányába. Ahhoz, hogy valaki tényleg belelásson a precíziós mezőgazdaság gyakorlatban alkalmazható megoldásaiba, 3 szakterület magas szintű tudása is szükséges. A tápanyag-utánpótlási, a növényvédelmi és a precíziós gazdálkodási ismeretek teszik a termelőt alkalmassá arra, hogy tényleg profi lehessen benne. A szakmérnöki képzések mellett ma már rengeteg tananyag, videó és információ elérhető az interneten is, sőt, ingyenes térinformatikai (GIS) szoftvereket is használhatnak az érdeklődők. Ha pedig valaki komolyabban akar vele foglalkozni, az egyik piacvezető GIS-alkalmazás előfizetésének az ára évente 100 dollár, ami nagyjából 29 ezer forint.

Melyek a monitorozásnál az általános hibák, amiket el szoktak követni, és hogyan lehet elkerülni, javítani őket?

Alapvető a rossz beállítások használata. Értem itt a sokszor túl alacsonyan történő repülést annak érdekében, hogy minél nagyobb legyen a felbontás. Üzemi parcellák esetében nincs szükség nagy felbontású felvételekre, hiszen még a fúvókavezérelt kijuttató rendszerek is körülbelül 1–1,5 méter széles területen kezelnek. Egy 30,5 méteres hidas permetező 7 szakaszra bontva pedig körülbelül 4 méteres szélességben tud szakaszolni, illetve változó dózisú kijuttatási tervet megvalósítani. Jellemző hiba még a nem megfelelő képek közti átfedés (overlap) megválasztása. Sokan túl alacsony átfedési százalékokat adnak meg a repülési tervben, hogy felvételezési időt és akkumulátorenergiát spóroljanak. Pedig az a legnagyobb időpazarlás, ha a nem megfelelő átfedés miatt újra ki kell menni a táblára és újra le kell repülni a missziót.

Milyen kijuttatás-technológiai újdonságokon dolgoztok?

Európában az elsők között sikerült megvalósítani a Duplitec Kft.-vel való együttműködés kapcsán nálunk lévő teszt DJI Agras T20-as drónnal, mind a granulátumszóróval, mind a permetező egységgel a pontszerű, a foltszerű, a változó dózisú és a foltszerű változó dózisú kijuttatás-technológiákat. Ezen felhasználási területei jelenleg is kutatás alatt vannak, melyről hamarosan közölni fogunk adatokat. Mindezek mellett a DJI Smart Farming csapata is felfigyelt az általunk kikísérletezett kijuttatás-technológiákra (az eddigi folyamatos kapcsolattartás és adatközlés/kérés és fejlesztési javaslatok eredményeként) és felajánlottak egy kísérleti együttműködési lehetőséget az idei évre.

Felfigyeltek rájuk a kínai gyártó szakemberei

A DJI drónokat gyártó kínai céggel nagyon jó a kapcsolatunk. Folyamatosan küldtük nekik a térinformatikai jellegű ötleteket, a Terra adatfeldolgozó szoftver fejlesztésére tettünk javaslatokat. A közeljövőben az Agras sorozat drónjai külső forrásból származó kijuttatási térképet is be tudnak majd fogadni és az alapján dolgozni is képesek lesznek. Ez komoly segítség a gyakorlati alkalmazás során – számolt be az újdonságokról Szalma Elemér.

Szegedről a Hajdú-Bihar megyei Sárrétudvariba szállunk át, hogy megtudjuk, hogyan fejlesztik a drónos kijuttatás gyakorlatát annak érdekében, hogy az a leghatékonyabb lehessen.

Permeteződrónok a gyakorlatban

A mezőgazdasági drón semmit sem ér, ha nem rendszerben működtetik. Két szakembert kérdeztünk meg arról, milyen fejlesztéseken dolgoznak annak érdekében, hogy a drónos kijuttatás során a növényvédő szerek és a lombtrágyák oda kerüljenek, ahol a legjobban hasznosulhatnak. Az ISM Technology Kft. stratégiai és fejlesztési igazgatója, Kovács László, valamint Dr. Zalai Mihály, a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem Növényvédelmi Intézetének docense beszélt a drónos permetezés fejlesztési helyzetéről, gyakorlati lehetőségeiről és megoldásairól. A drónhasználat új szintre emeli a költséghatékonyságot, megvalósítva a „hozamoptimalizált költségcsökkentést”.

A drónos kijuttatás rendszerszintű megközelítése

A drón nem lesz automatikusan precíziós eszköz. Fontos, hogy a gazdálkodás először legyen precíz, aztán pedig, ha szükség van rá, precíziós. Az előbbi egy kis odafigyeléssel és az eszközpark fejlesztésével és karbantartásával könnyen elérhető. A precíziós gyakorlathoz viszont komoly információtömeg, adatfeldolgozás, tudásbázis és rendszerszervezés szükséges – mondta Zalai Mihály. A precíz növényvédőszer-kijuttatás első lépése, hogy kötelező gondosan eljárva, a szabályokat betartva bekeverni a permetlevet. Ez drónos kijuttatásnál nehéz, mert azok a folyamatok, amik egy földi permetezésnél megvannak – mint a keverési kapacitás, az előkészítés, az öblítés és a kézmosás – a drónnál nem lehetségesek, mert ezeket nem lehet felvinni a levegőbe. Itt fontos kiemelni, hogy a drónoknál hektáronként 5–10, de legfeljebb 20 liter szerrel kezeljük a kultúrnövényeket a szántóföldön. Emiatt nagyon koncentrált permetlével kell dolgozni, így egy kis tévedés a bekeverésnél is kifejezetten nagy károkat okozhat. A nagy koncentráció miatt az érintés és a belélegzés veszélye jelentős. Az is fokozza a hibalehetőséget, hogy a drónok a területet sok kis egységben kezelik le, így sok tartállyal kell bekeverni ahhoz, hogy a munka haladós legyen. A drón tartályába ugyanis nem egyszerre 10 hektárnyi, hanem 1, legfeljebb 2 hektárra való anyagot tölthetünk be.

A fenti problémák kezelésére indítottuk el a drónkiszolgáló rendszer fejlesztését, ami kiküszöböli a hibalehetőségeket, valamint minimalizálja a felesleges várakozási időt – folytatta Kovács László. Alkalmazásával a leszállás utáni feltöltés és akkumulátorcsere legfeljebb 20–30 másodpercet vesz igénybe, a drónnak szerintünk ennél többet nem szabad a földön tartózkodnia a feladat során. Minden időpillanat, amit nem permetezéssel tölt, kiesésnek számít. A pillanatnyi teljesítmény maximalizálása azért is kiemelten fontos, mert a hektikus időjárás miatti rövid időablakokat munkavégzésre kell tudnunk használni. A cél, hogy a repülő eszközünket a legrövidebb idő alatt és a legjobb minőségben szolgáljuk ki. A gyors munkával párhuzamosan ugyanakkor ki kell iktatni a kockázatokat, aminek az egyik legbiztosabb módja, ha emberi kéz érintése nélkül, automatizáltan történnek a műveletek. A betöltés után egy eszköz automatikusan megkeveri a permetlevet, amit zárt rendszeren belül áttölt a drónba. A másik lehetőség, hogy a drón előkészített, cserélhető tartályokban tárolt folyadékot visz fel a levegőbe. A zárt rendszerű permetlé-előkészítés alkalmazására sok földi gép is képes, és egyre elvártabb lesz a gyakorlatban.

Hatékonyabb-e a nagyobb töménység kijuttatása?

A Nébih drónos kísérleti vizsgálati módszertanával 4 féle parcellát kell kialakítani: ez egy kezeletlen kontroll, egy földi dózissal engedélyezett földi kijuttatásos kontroll, egy földi dózissal engedélyezett, de drónnal kijuttatott kezelés és egy, a földi dózis felével, légi úton kijuttatott kezelés. A feltevés kiindulópontja, hogy a nagyobb koncentráció alkalmazásával kisebb növényvédőszer-mennyiség felhasználása is elegendő lehet. A tapasztalatok szerint ugyan a fél dózissal nem lehet megfelelő eredményt elérni, viszont 5–10, néhány esetben 20 százaléknyi szert meg lehet spórolni, ami nagy előrelépés a költségcsökkentés és a környezetvédelem szempontjából is. A Nébih által előírt kísérleti módszertan használatával ráadásul a nagyobb koncentrációjú permetlé esetleges fitotoxikus hatása is kiderülhet – mondta Zalai Mihály.

Például a hagyományos lombtrágyák drónnal történő kijuttatásakor a nagy töménység hatalmas kockázatot is hordoz magában. Persze a drón is tud hektáronként 200 literrel dolgozni, csak akkor egy hektáron 10–20 alkalommal kellene felszállnia, ami túl drága. Nincs az a szántóföldi növénykultúra, aminek a bevétele ezt fedezné. A drónos permetezés esetén a hagyományos lombtrágyák nagy koncentrációjú használata nem jöhet szóba, ezért szerves megoldásokra van szükség. Aminosav, huminsav és mikroelemek kisebb dózisban való kijuttatása azonban működik drónnal. Ezen tápanyagok nemcsak érdekes alternatívák, hanem fontos szerepet töltenek be a növényi anyagcsere-folyamatok aktivizálásában. A kijuttatás-technikai fejlesztési rendszerünk is alapoz ezen anyagok használatára és az általunk drónoptimalizált növénykondicionálóval a gazdálkodók jelentős terméstöbbletet realizálnak jobb beltartalmi mutatók mellett.

A drónos kijuttatási rendszer fejlesztése

A drónokat a meglévő növényvédelmi technológiák mellett az olyan különleges esetekben is tudják használni, amikor földi permetezővel nem lehet a területre menni belvíz, esőáztatta talaj, vagy magas növényállomány miatt. Ráadásul teljesen új agronómiai technikák kifejlesztését teszik lehetővé a tápanyag-gazdálkodás és a növényvédelem területén. A használatával új kezelések iktathatóak be, a már meglévőek pedig optimalizálhatóak. A vegyszerhasználat csökkentését megcélzó környezetvédelmi törekvéseket például a drón segítségével úgy is meg lehet valósítani, hogy optimálisabb időben permetezünk. Ezzel javítani lehet a szerek hatékonyságán, aminek következtében nem lesz szükség kiegészítő kezelésekre – mondta Mihály.

Kovács László szerint jó beállításokkal, tapasztalati tudással, és az adott körülmények elemzésére alapozott döntéssel minimális az elsodródás esélye. Azonban a rossz itt nagyon közel van a jóhoz. A drónos kijuttatás biztonságosabbá tételét megcélozva új algoritmus létrehozásán dolgozunk, ami abban segíti a drónkeze­lőket, hogy adott kultúra és körülmények esetén milyen repülési paramétereket adjanak meg az eszköznek és hol alakítsák ki a felszállási helyeket. Az például ma már alap, hogy egy táblán belül nem csak egy helyről tervezünk felszállást. Mivel a drónok mezőgazdasági alkalmazása során egy teljes rendszert kell felügyelni, mi nem a pilóta, hanem a kezelő elnevezést használjuk a mezőgazdasági drónos kollégákra, akik a drón programozása részeként megtervezik a legrövidebb ideig tartó műveletsort és ezáltal növelik a hatékonyságot. Céljuk és feladatuk a kijuttatás legjobb minőségű megvalósítása, mind technológiai, mind növénytermesztési szempontból. A kiszolgáló személyzet felelőssége a keverék összeállítása és drónba történő töltése, valamint az akkumulátorok folyamatos töltöttségének a biztosítása – mondta László.

A drónos rendszerfejlesztés másik iránya a digitális területet célozza meg. Ebbe tartozik az, hogy hogyan kommunikál a drón a földi egységgel, hogyan vannak összehangolva a munkafolyamatok. A rendszerben egyfajta digitális pórázzal kapcsoljuk össze a földi egységgel a gépet vagy a gépeket. Miután minden drón csatlakozik a földi rendszer vezérlőjéhez, programozható az irányítás: a keverés vezérlése, a megfelelő repülési és permetezési beállítások, az útvonaltervezés, a szertöltés és az akkumulátorcsere helyének meghatározása automatikusan a legjobb megoldást nyújtja.
A rendszer képes lesz megadni, hogy mennyi permetlével szálljon fel a fennmaradó táblarészre az eszköz, ami azért fontos, mert a drónos kijuttatás egyik legnagyobb kihívása az akkumulátor gyors lemerülése. Ezzel egyrészről az energiaforrás élettartama csökken, másrészről a szántóföldön az áramforrás korlátozott és az akkumulátor nem tölthető végtelen sebességgel. Így a megfelelő energiagazdálkodással rengeteg időt, és ezzel pénzt lehet megtakarítani. Ezen rendszer képes a kieső időt csökkenteni optimalizálva a felszállások számát és helyét, előkészíteni a homogén keveréket, és dugulásmentesen, pontos, precíz keveréssel kijuttatni a megadott készítményt, jó területteljesítmény mellett. Ezzel a technológiával a hidas permetező mellé is oda lehet állni, és a drón állni fogja a versenyt mind területteljesítményben, mind munkaminőségben. A kiegészítő rendszer a drón munkateljesítményét minimum megduplázza, a minőség javulását pedig nehéz számszerűsíteni, de lényegesen javít rajta – mondta László.

Amikor betör a szél és dől a búza

Egy további érdekesség a drónos kijuttatásnál ahhoz kapcsolódik, hogy ez esetben nincsenek taposott művelőutak. Megfigyelhető, hogy az egyre erősebb és kiszámíthatatlan aratás előtti viharok éppen a földi kijuttatás keréknyomaiba, a művelőutakba kapnak bele, megdöntve az állományt. Sokkal kisebb a kár, ha legalább az utolsó növényvédelmi kezeléseket drónnal végzik, ezzel lecsökkentve a búza megdőlésének esélyét, hiszen a táblának lesz tartása a hektikus szelek ellenében is – mondta Kovács László.

Milyen hatékonyságnövekedés érhető el a levéltrágyák osztott, drónnal történő kijuttatásával?

Zalai Mihály szerint ebben két út van. Az egyik, hogy a jelenlegi technológia pluszlombtrágyával egészül ki, ahol a terméstöbblet fedezi a többletköltséget. Ebben a témában sok kísérletet folytattunk az e célra optimalizált készítménnyel, így rendszerünkkel 1,5-től akár 10-szeres munka- és anyagköltség-megtérülést is el lehet érni. Például napraforgóban egy-egy júliusi és augusztusi lombtrágyakezelést követően a szeptemberi aratásnál a duplája térül meg a befektetett összegnek. Egy kezelés általában 5 százalék terméstöbbletet tud produkálni. Persze a megtérülési számok nagyban függenek a napraforgó aktuális árától, nem mindegy, hogy 90 vagy 150 ezer forintot adnak tonnájáért.

A másik lehetőség, amikor a költségeket ugyanazon a szinten tartva próbálunk új rendszert kialakítani. Például abban az esetben, ha kevesebb alaptrágyát drónnal kijuttatott lombtrágyával egészítjük ki, ugyan kisebb a többlethozam az előző megoldáshoz képest, ám a kisebb növekmény is egy remek eredmény, ha nem jár többletköltséggel. Mindkettő irányzatba beleillik a drónos kijuttatás. Természetesen vannak korlátai a drónos tápanyag-kijuttatásnak is. Látni kell azt, hogy ha a növénynek mindene megvan, a tápanyagot és a vizet kiválóan fel tudja venni, akkor hiába etetjük tovább, nem érhető el vele plusztermés, mert a növény biológiai potenciálja véges, e fölé nem lehet menni.

Fontos, hogy egyelőre nem jellemző, hogy szólóban csak lomb­trágyát tervezzenek kijuttatni drónnal, inkább a növényvédő szerek mellé tennék a többi inputot, ami logikus döntés a menetszám csökkentése szempontjából. A gyümölcsösöknél évi átlagos 10 beavatkozással ez jól működhet, de például a kukorica növényvédelme sok gazdaságban egy gyomirtásnál megáll. A hidas traktorral rendelkező gazdák védekezhetnek a gyapottok bagolylepke, vagy a kukoricamoly ellen, így kijöhet átlagban 1,5 kezelés. Emellett a gyom­irtás a kukoricanövény fejlődése szempontjából leginkább korán, 3–6 leveles állapotban történik, amikor még a starter trágya is hat, így ez az időpont még nem a legjobb további tápanyag kijuttatására. Pedig aratásig sok minden történhet és történik is a növénnyel és legtöbbször csak szemlélői vagyunk az eseményeknek. A tápanyagot akkor kell adni a növénynek, amikor szüksége van rá. Az ezzel kapcsolatos kísérleti programjainkban 1, 3, 5 és 10-szeri lombtrágyázást is végeztünk kukoricában és napraforgóban, a legintenzívebb programokban 10 napos forgóval kiadva a lomb­trágyákat. Ezekben a vizsgálati munkákban is megmutatkozott, hogy a kezelés szerény hatású volt, amikor a növény egyébként is jól érezte magát. Ezért kell az agronómiai tudás és a józan paraszti ész, mert lehet, hogy a gazdának 5 kezelés is elég ahhoz, hogy maximalizálhassa a termést. De azokat jól kell időzítenie.

Egy másik szemléletes példa, hogy például napraforgóban egy drónos fungicid-kijuttatás és egy drónos deszikkálás 80 ezer forint többleteredményt is adhat hektáronként a többlettermés, illetve a taposási kár és a szárítási költségek kiküszöbölése által. Ezt érdemes átgondolni.

Cseppképződés és fedettség

Zalai Mihály szerint – bár a drónos kijuttatásnál is elvárt a megfelelő permetléfedettség – az elsodródás kockázata miatt nem csökkenthető korlátlanul a kijuttatott cseppek mérete. Ugyanakkor a nagy cseppek kijuttatása rontja a fedettséget a drónoknál használt kis lémennyiség mellett. Ezen kettősség ellenére jó beállításokkal és egyenletes eloszlással a nagy fedettséget igénylő kontakt szereknél is elegendő a hektáronkénti 10–20 literes lémennyiség, felszívódóknál pedig ennél kevesebb is lehet. Fontos kiemelni, hogy a szórásképet nem kizárólag a fúvókák és azok pozíciója alakítják ki, hanem meghatározó eleme a drón által keltett légáramlat is. A lefele mozgó légtömegbe permetezett csepp gyorsan a célfelületre jut. Ezért van lehetőség a drónoknál kisebb cseppekkel dolgozni, mint a hagyományos szántóföldi permetezőnél, ahol nincs meg ez a szállítóközeg. Földi alternatívát a légzsákos permetezők jelentenek a kisebb cseppek használatára, így ezeknél nem gyakorlat a hektáronkénti 300 liter permetlé kijuttatása, inkább a 150–200 liter elterjedtebb, és 100 liter alatti lémennyiségre is van példa a biztonság és az eredményesség fenntartása mellett.

A szántóföldi növénytermesztés megoldásai haladnak az üvegházi termesztés precizitása felé, ahol sokkal pontosabban és hatékonyabban lehet termelni. Az üvegházi gyakorlat eközben még profibb és egyre szabályozottabb lesz, és a megoldások egy részét idővel át tudja venni a szabadföldi technológia is. Ehhez új anyagok és eszközök kellenek mind a mérés- és kijuttatástechnika, mind az input anyagok terén.

Kovács László szerint nem mindegy, hogy drónos aggyal agrározunk, vagy agráros aggyal drónozunk, az utóbbi a kívánatos. A fejlesztés alatt álló rendszer azért is jó, mert megadja a növényvédő szer nyomonkövetési lehetőségét is, ezáltal rögzíthető hol, mit és mikor permeteznek a drónok országszerte. Napjainkban egy fejlett szolgáltatási és vállalatirányítási rendszer enélkül nem képzelhető el. Az egész magyar növényvédelem online lehetne, ami a gazdálkodók és a hatóság dolgát is leegyszerűsítené. Meteorológiai állomásokkal kiegészítve az adatgyűjtés segítheti az elpárolgás és elsodródás kockázatának becslését. Egy olyan összetett információs rendszer épülhet ki, ami alapjaiban segítené jobbá tenni az agráriumot.

Ezekkel a témákkal érkezünk a következő részben

Az Ezért kincs az agráradat sorozatunk júliusi részében a műholdas megfigyelések és adatok hasznosításáról kérdezzük meg a gyakorló szakembereket.

Sorozatunkban korábban:

• Ezért kincs az agráradat – 1. rész: Adatgyűjtés és adatvagyon
• Ezért kincs az agráradat – 2. rész: Növényvédelem és kijuttatástechnológia
• Ezért kincs az agráradat – 3. rész: Középpontban a vetés: technológiai javaslatok a legpontosabb kijuttatáshoz
• Ezért kincs az agráradat – 4. rész: Gyomirtás és növényvédelem okszerűen