Практика мониторинга: опыт использования БПЛА в сельском хозяйстве

Текст: А. И. Салаева, студентка магистратуры по направлению «землеустройство и кадастры» факультета почвоведения, агрохимии и экологии, ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К. А. Тимирязева»

Сегодня аграрии в стремлении получить наибольшее количество продукции при минимальных затратах часто безответственно относятся к качественному изменению земли и внедрению почвозащитных систем. В связи с этим вопросы рационального использования и охраны сельхозугодий остаются актуальными.

Основным источником жизнеобеспечения населения любого государства являются принадлежащие ему земельные ресурсы, представляющие собой не только непосредственно территорию, но и все, что связано с этим пространством, включая агроклиматические условия и биопотенциал. При этом богатство страны определяется инфраструктурой и эффективностью использования земельного резерва, что можно проконтролировать с помощью мониторинга угодий и оптимального проектирования.

СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ

Сегодня территориальный ресурс России включает 1710 млн га земли, что составляет 12,5% от мировой площади, и 420 млн га континентального шельфа. В нашей стране сосредоточено 55% черноземных почв всей планеты, 50% запасов пресной воды и 60% древесины хвойных пород, что в сумме оценивается в 30 трлн долларов. Однако изучение качественного состояния земель в России показало, что темпы их деградации ускорились. Так, за последние 25 лет площадь кислых почв увеличилась на 32,1 млн га, в том числе пашни — на 21,5 млн га. Содержание гумуса снизилось в среднем на 20%. В связи с этим мониторинг как система контроля над состоянием земельного фонда, позволяющая своевременно выявить изменения, оценить их, предупредить и устранить последствия негативных процессов, является особенно актуальной в текущий период. Осуществлять наблюдения можно различными методами, один из которых — дистанционный, выступающий оптимальным с точки зрения экономии средств и времени.

Независимо от способа мониторинг должен проводиться с соблюдением принципов точности и достоверности информации по состоянию и использованию угодий, а также наглядности и доступности сведений, кроме тех, которые относятся к государственной или коммерческой тайне. Система обязана подразумевать согласованность, единство методов и технологий, экономичность и эффективность процедур. Полученные из разнородных источников данные должны быть сопоставимы. Кроме того, необходима организация централизованного руководства по единой методике в масштабе всей страны.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СЪЕМКИ

С развитием современных технологий и совершенствованием техники, применяемой для мониторинга, в сфере землепользования постепенно внедряются инновационные способы сбора информации. Так, сегодня актуально распространение беспилотных летательных аппаратов, используемых для получения фотоматериалов с высоким разрешением с помощью аэрофотосъемки. Данные устройства пригодны для оперативного обследования сельскохозяйственных угодий и анализа состояния посевов. На российском рынке сейчас представлено достаточное количество как зарубежных, так и отечественных компаний, выпускающих подобные передовые комплексы и программное обеспечение к ним. В связи с этим в ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт» с 2015 года апробируется беспилотный летательный аппарат «Геоскан 401», выпускаемый одноименным предприятием.

В рамках исследований специалисты научного учреждения в июне 2017 года провели экспериментальную съемку опытных полей института с помощью изучаемого беспилотного летательного аппарата. В опыте также использовалось программное обеспечение Geoscan Planner 2.0. По результатам полетов были получены аэрофотоснимки и файл привязки местоположения каждой позиции камеры. Первичная обработка материалов осуществлялась с помощью приложения Agisoft PhotoScan Pro 1.2. Итогами работы стали карты высот, полигональные модели и ортофотопланы, позволяющие проводить анализ данных и использовать их в дальнейшем в программных пакетах Sputnik.Agro и QGIS. После этого в сентябре 2017 года специалисты исследовали состояние системы землепользования на той же территории с помощью космического снимка со спутника Sentinel-2, полученного с платформы EOS 24. Затем были произведены привязка растрового изображения к векторному слою опытных полей и уточнение площадей с помощью программы QGIS. Данные публичной кадастровой карты были представлены в виде векторного слоя.

ДОСТУПНОСТЬ И ОПТИМАЛЬНОСТЬ

Анализ результатов исследования и сравнение территорий, измеренных специалистами и представленных на кадастровой карте, показали разницу в 2,3% от общей площади и 24,7% от сельскохозяйственных угодий. Помимо этого, экспериментальные съемки позволили найти районы с переувлажненной почвой, ареалы произрастания сорняков и угнетенной растительности по причине дефицита азота и других питательных веществ. Также удалось обнаружить неисправности мелиоративной системы и гидротехнических сооружений. В связи с этим было принято решение на бессточных областях уделить внимание агротехническим приемам, улучшающим водопроницаемость почвы, на участках, подверженных водной эрозии из-за поверхностного стока, провести залужение, а также учитывать склоновые пашни при планировании севооборота, направления и способа обработки земель. При реализации данные меры позволили повысить урожайность исследованных полей в среднем на 7–10%.

В рамках эксперимента также была подтверждена экономическая эффективность использования беспилотных летательных аппаратов по сравнению с производством топографической карты с помощью тахеометрической съемки. Так, затраты на создание плана местности в масштабе 1:500 при применении БПЛА составили от 1000 руб/га, в то время как во втором случае — 25 тыс. руб/га, что оказалось в 25 раз дороже. По этой причине дешевизна и оптимальность использования беспилотных летательных аппаратов за вычетом их себестоимости, то есть с учетом оплаты предоставленных услуг, а не покупки самих устройств, были подтверждены на практике. Данные расчеты являются основанием для внедрения в процесс государственного мониторинга земель новых технологий. Таким образом, результаты проведенных специалистами исследований позволяют рекомендовать использование БПЛА с целью мониторинга сельскохозяйственных угодий и землеустроительного проектирования объектов хозяйствования на базе полученных при аэрофотосъемке сведений. Скорость и качество обработки данных доказывают эффективность применения соответствующего прикладного программного обеспечения, необходимого для анализа материалов.