Il y a plus de cent ans, à l'été 1922, un avion équipé d'un équipement pour effectuer des travaux chimiques aériens par pulvérisation contre les ravageurs et les maladies a décollé de l'aérodrome métropolitain de Khodynsky. Des vols d'essai réussis ont marqué le début du développement de l'aviation agricole.
Aujourd'hui, l'utilisation de divers moyens aéronautiques pour la protection des végétaux revêt une grande importance économique, car elle offre la possibilité de :
— télésurveillance à grande échelle des cultures agricoles ;
- mesures de protection à court terme et dans les endroits difficiles d'accès contre les ravageurs particulièrement dangereux (criquet, teigne des prés, rongeurs ressemblant à des souris, doryphore de la pomme de terre, tortue nuisible) et les maladies (rouille brune, mildiou, alternariose);
- travail du sol avec une forte humidité du sol, lorsque les équipements au sol ne peuvent pas entrer dans le champ, notamment pour lutter contre les mauvaises herbes;
– transformation des cultures hautes (maïs, tournesol) et semis des cultures semencières ;
— traitement des rizières ;
- dessiccations ;
– traitement des cultures sur des pentes avec une pente de plus de 7 degrés, où les équipements de pulvérisation au sol ne peuvent pas fonctionner.
En Union soviétique, la base de la flotte d'aviation agricole était l'AN-2. À l'heure actuelle, le développement de l'aviation agricole s'oriente vers une expansion significative de l'utilisation des avions ultra-légers (ALV) et des véhicules aériens sans pilote (UAV), qui sont beaucoup moins chers que les avions lourds. Conformément aux règles fédérales de l'aviation et au code de l'air de la Fédération de Russie, un appareil (aéronef) est appelé ultra-léger s'il a :
- masse maximale au décollage ne dépassant pas 495 kg (à l'exclusion du matériel de sauvetage aérien);
- vitesse maximale de décrochage d'étalonnage (vitesse de vol minimale) ne dépassant pas 65 km/h.
Les véhicules aériens sans pilote (UAV) comprennent les véhicules dont les vols sont contrôlés par des pilotes extérieurs au conseil (pilotes externes).
Les caractéristiques du bon mode d'utilisation du drone sont déterminées par sa masse maximale au décollage :
- jusqu'à 250 g - ne sont pas soumis à l'enregistrement ou à la comptabilité de l'État ;
- de 250 g à 30 kg - sont soumis à une comptabilité publique obligatoire ;
- à partir de 30 kg et plus - sont soumis à enregistrement par l'Etat.
Les avantages importants de l'utilisation d'UAV et d'ALS sont :
— pas de pertes dues aux dommages causés aux cultures par les roues ou à la nécessité d'utiliser des jalonnages (par rapport aux équipements au sol) ;
- un rendement élevé tout en réduisant les coûts d'exploitation (par rapport aux avions lourds, puisque ces avions n'ont pas besoin d'avoir des aérodromes équipés).
L'utilisation de véhicules aériens sans pilote aide à résoudre les tâches suivantes :
- obtenir des informations détaillées sur la création d'une base cartographique des terres agricoles et le placement des objets agricoles avec leurs coordonnées exactes pour la planification et le contrôle des processus technologiques de production agricole ;
– réaliser une télésurveillance basée sur l'imagerie multispectrale de la surface sous-jacente des terres agricoles pour déterminer l'état et l'évolution des cultures, prédire les rendements à partir du calcul de l'indice de végétation à partir des résultats de l'imagerie spectrale, etc. ;
– contrôle opérationnel en temps réel du fonctionnement des équipements au sol et de la qualité des travaux agrotechniques ;
– la surveillance phytosanitaire géocodée des terres agricoles pour déterminer le niveau d'enherbement des cultures, la présence de ravageurs et les manifestations de maladies à un stade précoce de développement, y compris sous une forme latente ;
L'utilisation de drones pour la photographie aérienne de terres agricoles permet, par rapport aux images satellites, d'obtenir des images avec une résolution plus élevée (jusqu'à un centimètre par point) et, surtout, permet de réaliser ces travaux en présence de nuages (il est impossible de tirer avec des engins spatiaux pendant ces périodes).
Arrêtons-nous plus en détail sur le suivi phytosanitaire des cultures. Récemment, le volume d'utilisation des produits phytopharmaceutiques en Russie n'a cessé de croître : selon les statistiques, tous les cinq ans, à partir de 2010, ils ont doublé et en 2020 ont atteint 221 XNUMX tonnes. Avec la croissance de l'utilisation des produits phytosanitaires, les exploitations doivent assurer la collecte et le traitement rapides des informations sur l'état phytosanitaire des champs agricoles. Sans ces informations, il est impossible de résoudre les problèmes d'appui technologique à l'utilisation rationnelle et sûre des produits phytosanitaires dans un délai agricole court. Les méthodes existantes d'inspection au sol des champs ne permettent pas d'obtenir les informations nécessaires rapidement et dans le volume approprié. À cet égard, des travaux sont activement menés à l'étranger et dans notre pays pour développer des méthodes à distance performantes de récupération d'informations pour la planification et la mise en œuvre des mesures de protection des végétaux. Pour la surveillance phytosanitaire opérationnelle à distance, les véhicules aériens sans pilote sont les plus largement utilisés, fournissant des images vidéo géocodées, multispectrales et hyperspectrales de la surface sous-jacente de la Terre.
Il est à noter que les problématiques d'utilisation des méthodes de télérelève de l'information dans le domaine du désherbage (localisation des adventices dans le champ, évaluation des pertes de récolte, cartographie des zones de dégâts) sont déjà en partie résolues. Dans ce domaine, dans le cadre d'un accord de coopération scientifique et technique, des recherches ont été menées avec la participation de spécialistes de VIZR, de l'Université d'instrumentation aérospatiale (Saint-Pétersbourg), de la Samara Agrarian Academy et de Ptero LLC (Moscou). Des résultats positifs ont été obtenus à partir de l'utilisation de BVS pour des méthodes de recherche d'informations à distance basées sur la spectrométrie pour évaluer l'infestation des cultures céréalières et des plantations de pommes de terre pour plus de 20 types de mauvaises herbes, y compris une telle nuisible comme la berce de Sosnowsky. Les données ont été obtenues sur la base de la détermination et de l'analyse des caractéristiques spectrales de réflexion des plantes cultivées et des mauvaises herbes dans la gamme de longueurs d'onde de 300 à 1100 nm.
Ainsi, au cours des études menées pour identifier les caractéristiques de définition basées sur la luminosité spectrale de la réflexion des plantes cultivées et des mauvaises herbes, les sous-gammes spectrales les plus informatives des longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique ont été établies pour l'utilisation de l'imagerie multispectrale de la surface sous-jacente des terres agricoles à l'aide d'équipements modernes. systèmes de télédétection. Une analyse des images spectrales des mauvaises herbes et des plantes cultivées montre que nous observons des différences caractéristiques dans les courbes de luminosité spectrale obtenues dans les sous-gammes de rayonnement électromagnétique bleu, vert, rouge et proche infrarouge dans la sous-gamme de longueurs d'onde proche infrarouge.
Une tâche plus difficile pour l'utilisation généralisée des méthodes de télédétection des terres agricoles est la détermination des signes informatifs des maladies des plantes, et surtout, sous une forme latente. Cela est dû au fait que de nombreux signes informatifs de maladies ont une luminosité spectrale similaire aux signes de pathologie non infectieuse des plantes étudiées.
Des résultats positifs ont été obtenus pour la détermination des maladies de la pomme de terre et des dommages aux plants de pomme de terre par le doryphore de la pomme de terre à l'aide de la spectroradiométrie. Lors de l'utilisation de cette méthode, il a été constaté que lors de la plantation de pommes de terre affectées par le mildiou (Fig. 1), le troisième jour après l'infection, nous observons une forte diminution de la luminosité spectrale de la réflexion par rapport aux plantes saines, et sur le septième jour après l'infection, les valeurs de la luminosité spectrale montrent que les plantes sont pratiquement mortes. Dans ce cas, la valeur de la luminosité spectrale chez les plantes touchées par le mildiou est proche des valeurs de la luminosité spectrale de la réflexion du sol.
Lorsque les pommes de terre sont endommagées par le doryphore de la pomme de terre, nous observons également une diminution des valeurs de la luminosité de réflexion spectrale de deux à trois fois par rapport aux plantes non endommagées par le ravageur. La figure 2 montre des données sur la luminosité spectrale de la réflexion des plants de pomme de terre, en tenant compte du degré différent de leurs dommages. Les données obtenues sont d'une grande importance pour la méthode de détection à distance des lésions des plants de pomme de terre par le doryphore de la pomme de terre.
À l'heure actuelle, sur la base des études menées pour déterminer les caractéristiques informatives basées sur la luminosité spectrale de la réflexion des plants de pomme de terre sains et malades, ainsi que ceux endommagés par le doryphore de la pomme de terre, les sous-gammes spectrales les plus informatives des longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique ont été établi pour utiliser l'imagerie multispectrale de la surface sous-jacente des terres agricoles en utilisant BVS et SLA.
Lors de la détermination des maladies, il est nécessaire de prendre en compte les résultats des recherches de l'Institut agrophysique, qui ont permis de déterminer les caractéristiques spectrales de la réflexion des plantes déficientes en azote et en humidité du sol.
Les résultats obtenus sont importants pour identifier des éléments informatifs permettant de distinguer clairement, lors du décryptage de l'état phytosanitaire des terres agricoles, les plantes atteintes de maladies et celles présentant des pathologies causées par une carence en nutrition minérale ou en humidité du sol.
La formation de bibliothèques d'images spectrales de maladies de diverses cultures, ainsi que d'images spectrales de ces cultures déficientes en nutrition minérale ou en humidité du sol, permettra, sur la base des résultats de la récupération d'informations à distance, de prendre des décisions raisonnables et rapides. de stabiliser la situation phytosanitaire en présence de maladies ou de mettre en œuvre un ensemble de mesures agrotechniques pour soulager les situations de stress sur les cultures causées par d'autres facteurs.
La prochaine direction importante dans l'utilisation des BVS est leur application aux mesures de protection des végétaux. Pour la première fois, des drones sous la forme d'hélicoptères télécommandés sans pilote ont commencé à être utilisés au Japon au début des années 90 pour le traitement des rizières avec des pesticides. A l'heure actuelle, en Chine, qui est le leader de la production de drones agricoles, la superficie cultivée à l'aide de drones dépasse déjà plusieurs millions d'hectares. Le marché des drones se développe également de manière dynamique dans le monde entier, le volume d'utilisation de ces avions augmente chaque année de 400 à 500 %. Selon les experts, l'utilisation des technologies UA dans l'agriculture dans le monde atteindra une valeur marchande de 5,7 milliards de dollars.
Parmi les drones agricoles, le marché est dominé par la société chinoise DJI, et le modèle le plus courant est le DJI Agras T16.
Du fait que la plupart des pièces du drone de ce modèle sont en matériaux composites, le poids de l'appareil ne dépasse pas 18,5 kg (sans batterie). Avec un équipement phytosanitaire, lors du remplissage du réservoir avec du fluide de travail, le poids au décollage de la machine atteint 41 kg. La capacité du réservoir pour le fluide de travail est de 16 litres lorsque la rampe est équipée de huit buses. L'avantage de ce modèle de drone est qu'il est équipé de radars, ce qui réduit considérablement le risque de collision avec des obstacles, et offre également la possibilité de travailler de nuit, à l'aide de projecteurs. La hauteur de vol optimale du drone au-dessus du champ est de 2,5 à 3 mètres et, si nécessaire, l'appareil peut atteindre 30 mètres (hauteur de vol horizontale maximale). Cette hauteur est nécessaire pour le traitement des plantations pérennes, des plantes des jardins botaniques et des forêts contre les ravageurs et les maladies.
En Fédération de Russie, des résultats positifs ont été obtenus sur l'utilisation de BVS pour le contrôle des rongeurs murins (les études ont été réalisées avec la participation de VIZR et de la société Ginus). Des tests de production de surveillance à distance et d'application géocodée de rodenticides dans les terriers de rongeurs ressemblant à des souris ont montré que la précision de la nouvelle technologie par rapport à l'application manuelle est de 91 % contre 97 %.
Une expérience pratique a été accumulée sur l'utilisation de BVS pour la surveillance à distance des aires de répartition de la berce de Sosnowsky, ainsi que sur l'utilisation de la technologie de pulvérisation d'herbicides contre cette espèce nuisible.
Malgré les résultats positifs et les perspectives d'utilisation de l'AU dans l'agriculture, il existe des lacunes, ainsi que des problèmes non résolus dans le domaine de la législation et des documents réglementaires sur leur utilisation efficace et sûre pour la surveillance à distance et la protection des végétaux, à savoir :
- coût élevé du drone avec risque de perdre l'appareil lors de l'exécution des travaux ;
- restrictions légales d'utilisation: dans la plupart des pays du monde, le drone pendant l'exécution des travaux doit être dans la ligne de mire de l'opérateur (l'éloignement ne dépasse pas 500 mètres);
- la nécessité d'enregistrer, d'enregistrer l'appareil (dans la plupart des pays, si sa masse dépasse 25 kg) et d'obtenir une licence pour utiliser le drone à des fins commerciales ;
- le besoin d'équipements coûteux supplémentaires et de personnel qualifié: pour le fonctionnement ininterrompu et efficace du drone, il est nécessaire d'avoir au moins trois batteries supplémentaires, un générateur pour les recharger; au moins trois personnes sont engagées dans l'entretien d'une voiture ;
- grande dépendance aux conditions météorologiques. Par temps venteux, le contrôle de l'appareil est très difficile, surtout avec un fort vent latéral ;
- absence de réglementation légalisée pour l'utilisation de produits phytopharmaceutiques utilisant le BVS conformément aux exigences de la loi fédérale n ° 109 «sur la manipulation sûre des pesticides et des produits agrochimiques» ;
- le manque de documents réglementaires pour l'exploitation sécuritaire des drones dans l'agriculture ;
- absence de normes de risque d'assurance pour les personnes morales et les personnes physiques lors de l'utilisation de produits phytosanitaires avec l'aide de BVS ;
- prix élevé et manque de logiciels permettant de résoudre les problèmes de télésurveillance phytosanitaire des adventices, ravageurs et maladies, prenant en compte les seuils économiques de nocivité, ainsi que le décodage automatique de leurs résultats.
Il est urgent de créer des centres régionaux pour la formation des opérateurs et l'approbation de la production des procédures technologiques pour l'utilisation des UAS pour la surveillance et la protection des installations.
Dans le cadre de la numérisation des programmes agricoles, il est nécessaire d'accélérer le développement de grandes bases de données d'échantillons de référence d'adventices dans la phase de développement la plus vulnérable pour l'utilisation d'herbicides et d'échantillons de référence avec des signes informatifs caractéristiques de dommages causés par les ravageurs aux principales cultures. Il est également important de compléter la constitution de bibliothèques d'images spectrales de plantes saines et malades, en tenant compte de l'influence du niveau de nutrition minérale et des paramètres agroclimatiques.
Anatoly Lysov, chef du laboratoire intégré de protection des végétaux, VIZR, e-mail : lysov4949@yandex.ru