Мониторинг химработ и борьба с борщевиком: как МАИ помогает менять сельское хозяйство

Сельское хозяйство — отрасль, активно использующая новейшие технологии в своем развитии. Химическая обработка полей от вредителей, мониторинг состояния агрокультур, борьба с сорняками — все эти виды работ требуют эффективных высокотехнологичных решений. Разработкой таких решений занимаются в нескольких институтах МАИ, а также в центре компетенций «Беспилотные летательные аппараты».

Уничтожение сорняков

Важную роль в сельском хозяйстве играет применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Изначально беспилотники использовались для мониторинга посевов, слежения за поголовьем рогатого скота. С появлением возможности оснащения беспилотников малоразмерными мультиспектральными камерами и другими полезными нагрузками, а также с развитием вычислительной техники стали проводиться и другие виды работ с использованием БПЛА: получение вегетативного индекса NDVI, внесение удобрений, контроль мелиорации и др. Среди первых БПЛА, способных выполнять авиационные сельскохозяйственные работы, не связанные с мониторингом, был созданный в МАИ в начале 90-х годов ХХ века беспилотный аппарат самолётной схемы, предназначенный для биозащиты полей.

Сегодня в МАИ разрабатывается ряд беспилотных систем для сельскохозяйственных нужд. Например, беспилотные технологии способны решить проблему возникновения очагов сорных растений в глубине поля, обнаружить которые можно только с воздуха или при помощи спутниковых снимков.

— После обнаружения очага необходимо принять защитные меры, чтобы погасить его и не дать сорняку распространиться на большую площадь. С этой целью МАИ предложен комплекс с БПЛА мультироторной и самолётной схем. Беспилотный самолёт осуществляет съёмку полей, при обработке данных выявляются очаги загрязнения, а для внесения гербицидов в район отправляется мультикоптер с запасом действующего вещества, — рассказывает заместитель директора центра БПЛА МАИ Максим Калягин.

Помимо этого, между МАИ и Федеральным научным агроинженерным центром ВИМ, где создаются образцы перспективной техники для выполнения сельхозработ, достигнута договоренность о разработке системы борьбы с борщевиком с применением нового подхода. Существующие средства позволяют уничтожать только стебли и корни растения, оставляя нерешённой проблему распространения семян: на той местности, где борщевик рос более одного сезона, в одном литре почвы сохраняется до девяти семян. Специалистами ВИМ и МАИ разработана комплексная методика борьбы с борщевиком и его семенами, основанная на применении беспилотных наземных и воздушных средств. Главной её особенностью является возможность переработки борщевика для получения этилового спирта, который можно применять, например, для создания кожных антисептиков.

Автоматизация и роботизация

Основной тренд в сельском хозяйстве за рубежом — автоматизация и роботизация всех видов работ. В МАИ накоплен большой опыт по роботизации гусеничных и колёсных подвижных платформ. Такие работы, которые в перспективе позволят автоматизировать большой спектр задач, проводятся в институтах № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика» и № 7 «Робототехнические и интеллектуальные системы».

Например, специалистами МАИ было создано беспилотное транспортное средство на базе снегоболотохода «Пелец». Данный опыт может быть применён при создании систем управления колёсной сельскохозяйственной техникой, использующих для навигации технологии компьютерного зрения. Работами уже заинтересовались специалисты агроинженерного центра ВИМ.

Кроме того, в МАИ создаются БПЛА для построения точных цифровых карт полей, что является основой для точного земледелия, мониторинга состояния посевов и насаждений, выполнения технологических операций робототехническими средствами, формирования оптимальных технологических решений для управления продукционными процессами полевых культур и садовых насаждений, внедрения интернета вещей и телематических сервисов в управленческие процессы специализированных агропредприятий, создания цифрового следа поля. Современные БПЛА и технологии позволяют отснять до 8000 Га одним аппаратом в течение рабочего дня.

Система оптимизации авиахимработ

В настоящее время авиационные химические работы проводятся с применением пилотируемых средств, таких как самолёты Ан-2, вертолёты Ми-2 и сверхлёгкие летательные аппараты. Они не имеют систем автоматического пилотирования, что снижает качество распыления за счёт неравномерного внесения действующих веществ.

— Специалистами Центра беспилотных летательных аппаратов МАИ была разработана регистрирующая аппаратура, устанавливаемая на пилотируемые воздушные суда, которая позволяет визуализировать траекторные параметры, зону, в которую были внесены препараты, и оценивать качество внесения, — говорит Максим Калягин. — На базе агрохолдинга «Кубань» под руководством инженера центра БПЛА МАИ Андрея Григоренко были проведены лётные испытания, которые показали, что внесение действующего вещества происходит неравномерно: до 20 % поля обрабатывается некорректно.

В рамках развития этого проекта ведётся работа над прибором для осуществления авиахимработ на более качественном уровне. Совместно с центром БРЭО МАИ была разработана эргономическая система индикации и программно-аппаратная часть. В настоящее время идёт сборка опытного образца. По оценкам специалистов центра БПЛА, применение этого решения позволит увеличить урожайность на 10–15 %.