09.03.2020
Дроны-опрыскиватели совместно с системой мониторинга и распознавания борщевика позволяет повысить полноту обработки зараженных участков до 90% и выше.
Около полувека назад борщевик Сосновского (Heracléum sosnówsky) культивировался как силосное (кормовое) растение. Но выяснилось, что Heracléum sosnówsky легко встраивается в естественные экосистемы и разрушает их.
Семена борщевиков имеют эфирномасличные каналы, как правило, 2 на внутренней и 4 на наружной стороне плодика. Упав на землю, за зиму оболочки сгнивают, и эфирные масла, смолы и другие биологически активные вещества истекают на поверхность почвы. Они оказывают выраженное аллелопатическое (чаще — тормозящее) действие на прорастание семян других видов растений, тем самым обеспечивая бесконкурентное прорастание с последующим захватом территории.
Один Борщевик дает от 20 до 70 тысяч семян, которые обладают высокой всхожестью. Семена борщевика имеют выросты - крылья, которые значительно повышают их летучесть и способствуют активному распространению.
Другой особенностью борщевиков является разнокачественность их семян. В первый год обычно прорастает от 20 до 70% семян. На второй год — от 30 до 60% не проросших в первый год семян. Некоторые плоды могут прорасти лишь через 5—6 или даже 12—15 лет! Значит, борьба с этими растениями должна длиться до полного уничтожения «последнего семени», чтобы не было возможности новой особи вырасти и дать новые цветущие растения, и, соответственно, новые жизнеспособные семена.
Семена на растении формируются с недоразвитым зародышем. Для их прорастания нужны особые условия, переменные температуры, влажность. В сухих условиях от 50 до 90% семян теряют всхожесть. Но в природе семена попадают в почву, где совсем не сухо, и, следовательно, они дольше сохраняют всхожесть, и зародыши в течение ряда лет проходят все этапы своего доразвития. При первых подходящих условиях они взойдут.
При этом семена растения выделяют вещества, угнетающие дерн, и фототоксчные элементы, способные привести к серьёзным ожогам кожи, слепоте и даже смерти.
Семена борщевиков — их же слабость. Стоит уничтожить семена (плоды или завязи), и растение больше не сможет размножаться. Борщевики не дают корневой поросли, не отрастают от корня!
Проблема осложняется тем, что гербицид, используемый для борьбы с сорняком, попутно убивает все соседствующие культуры, что в последующем только помогает всходам борщевика.
Правительство Московской области ежегодно выделяет на борьбу с борщевиком Сосновского более 300 миллионов рублей. Введены также штрафы до 1 млн. рублей для юридических лиц, если на их участке будет обнаружен борщевик.
Однако, далеко не все хозяйствующие субъекты с должным вниманием относятся к существующей проблеме и подчас просто ее игнорируют. В тоже время, с помощью традиционных средств выявить подобные нарушения достаточно сложно, в результате заросли сорняки продолжают развиваться и захватывают соседствующие территории.
Специалисты в области Data Science из 2050 Digital разработали систему, которая распознаёт заросли борщевика по мультиспектральным снимкам из космоса. Затем данные из космоса уточняются при помощи беспилотных дронов-разведчиков, которые способны выявить единичные совсем небольшие растения.
На следующем этапе интеллектуальная система автоматически составляет маршрут полёта для дронов-опрыскивателей, которые несут на борту от 10 до 20 литров специально подобранных гербицидных смесей.
На труднодоступных участках, где использование дронов невозможно, а нахождение человека опасно, работу берут на себя наземные беспилотные вездеходы роботы-опрыскиватели. Это гибридные машины, которые могут работать как на бензине, так и от аккумуляторов. Треки маршрутов и зон опрыскивания для них составляются системой автоматически также на основе данных от дронов-разведчиков.
Дроны-опылители используют специальную смесь гербицидов, разработанную учеными Всероссийского института защиты растений. Она оказывает избирательное действие только на двудольные широколиственные растения (в основном, борщевик), оставляя неповрежденными траву и дерн.
Дроны оборудованы специальной системой распыления, позволяющей вести обработку ультра-малыми объемами. Если при традиционном способе обработке сорняков используется 200 литров раствора на гектар, то дронам требуется всего 20.
При опылении пропеллеры дрона создают вихревой воздушный поток, позволяющий микрокапелькам рабочего раствора попадать не только на внешнюю, но и на внутреннюю сторону листа, повышая эффективность обработки.
В 2019 году в Наро-Фоминском городском округе Московской области компания 2050 Digital (входит в группу Ctrl2Go) совместно с учеными Всероссийского института защиты растений (ВИЗР) и Центрального научно-исследовательского института экономики и систем управления АО «Ростех» продемонстрировала администрации Наро-Фоминского района интеллектуальную роботизированную систему борьбы с инвазивными растениями на примере борщевика Сосновского.
На начальном этапе проекта Минсельхозом Московской области предоставил полигон для проведения испытаний. Он был подробно изучен с использованием материалов космической съемки, полученных с разных спутниковых группировок с различным разрешением от 10 метров до 50 сантиметров. Были получены космические снимки за последние 3 года, по ним проведен ретроспективный анализ зарослей борщевика для трендов распространения растения. Созданная специалистами 2050.DIGITAL нейросеть позволила не только определить места произрастания Борщевика, но и составить греки движения дронов-разведчиков.
После получения всех необходимых согласований на полигон вылетел дрон-разведчик. Была проведена аэрофотосъемка, снимки были обработаны с использованием уже другой нейросети и искусственного интеллекта. Система выделила все найденные растения, включая растения чуть выше 5 см., которые не видны из космоса определила плотность зарослей борщевика.
Для определения смеси средств эффективной для защиты растений, но одновременно наиболее сильно влияющей на Борщевик специалисты провели ряд полевых испытаний.
Выбранный для проведения экспериментов полигон разделили на отдельные участки, которые обрабатывались разными растворами и различными способами. В тестах принимал участие летающий робот опрыскиватель, а для контрольных участков применялся наземный классический способ опрыскивания. В общем объеме было обработано более 50 гектар, зараженных борщевиком.
Через три недели был вновь запущен робот-разведчик, для определения качества проведенной химобработки. Специалисты ВИЗР были приглашены и провели повторный полевой осмотр участков, чтобы подготовить заключение об эффективности той или иной обработки на различных участках.
Комиссия с участием специалистов из ВИЗР зафиксировала полное уничтожение борщевика на участках, где были применены гербициды сплошного действия в высокой концентрации.
На участках, где применялись пониженные концентрации гербицидов сплошного действия, а так же на участках, где применялись гербициды избирательного действия в различных концентрациях, зафиксирована гибель более 95% растений.
Однако на участках, где дроны использовали гербициды избирательного действия, растущая трава и дерн остались неповрежденными.
Анализ временных затрат на проведение роботизированной обработки показал, что скорость классической ручной обработки более чем в два раза ниже роботизированного метода на равнинных участках и более чем в три раза ниже на труднопроходимых участках со сложным рельефом. Скорость обработки дроном-опрыскивателем в зависимости от местности не изменяется. Дрон позволяет оперативно провести химобработку участков со строительным мусором, завалами, где движение техники невозможно, а перемещение людей осложнено.
По результатам испытаний оказалось, что использование роботизированного метода совместно с системой мониторинга и распознавания борщевика позволяет повысить полноту обработки зараженных участков до 90% и выше.
За счет дифференциального проведения химобработки, когда опрыскиваются только те участки, где обнаружен борщевик, можно сократить объем вносимой агрохимии на 20-30% и более.
Ранее некоторые компании пытались использовать дроны для химобработки, но это были разовые точечные работы. Эксперимент в Московской области показал, что только создание единой системы, которая включает в себя космический мониторинг, разведку с беспилотников, химическую обработку с использованием дронов-опрыскивателей и наземных роботов-опрыскивателей, позволяет обеспечить достаточную полноту обработки, контролировать результаты работ и предоставлять объективные данные о качестве проведенных мероприятий.
При обработке материалов космической съемки, было выявлено, что цветы и листья борщевика имеют высокую отражающую способность в видимом диапазоне. Это позволяет с высокой степенью надежности их идентифицировать по материалам космической съемки полученных в период с апреля по август.
Использование комплексной системы борьбы с борщевиком, разработанной компанией CTRL2GO, позволит в ближайшее время значительно сократить объем зараженных площадей и в течение нескольких лет практически полностью избавиться от борщевика.
Роботизированные дроны-опрыскиватели, использованные в данном проекте, могут также применяться для точечной химобработки полей и садов, даже в теплицах. В тех случаях, когда использование тракторов невозможно, например, если взошли всходы и был обнаружен очаг заболевания, дрон-опрыскиватель вылетает и обрабатывает локальный участок, не повреждая нежные всходы. Для этого используются дроны разных габаритов и с разной несущей нагрузкой.
Наземные роботы-опрыскивали, применяемые в проекте, могут быть также использованы для химобработки в теплицах, для дезинфекции закрытых помещений, где нахождение людей связано с риском для здоровья.
