Технологии в сельском хозяйстве: может ли LiDAR преобразовать современное сельское хозяйство?

LiDAR может помочь сельскому хозяйству повысить урожайность и использовать землю более эффективно за счет детального мониторинга. Таким образом, технология готовит сельскохозяйственный сектор к будущему.
Флориан Пети
23 апреля 2020 г.

Почему технологии в сельском хозяйстве необходимы

Население мира растет как никогда прежде. В 2021 году в мире проживало 7,9 миллиардовлюдей по сравнению с 4,45 миллиарда в 1980 году и всего 2,53 миллиарда в 1950 году. Конечно, это представляет собой постоянно растущий кризис нехватки сельскохозяйственных земель и создает угрозу нехватки продовольствия. Это влечет за собой необходимость в умном сельском хозяйстве и эффективных агротехнических приемах. Именно здесь в игру вступают технологии в сельском хозяйстве, одним из примеров которых является интеграция датчика LiDAR.

Какую роль играют инновационные технологии, такие как LiDAR, в сельском хозяйстве?Сельское хозяйство, вероятно, является одним из старейших и наиболее традиционных ремесел. Тем не менее, как и любая другая отрасль, оно также должно идти в ногу с достижениями технологий и извлекать выгоду из возможностей, предоставляемых растущей автоматизацией и цифровизацией. Это включает в себя автоматизацию традиционных методов в сельском хозяйстве.

Автономные сельскохозяйственные машины

Сельскохозяйственные машины могут взять пример с автомобильной промышленности и использовать аналогичные датчики и технологии для автономной работы. Здесь они также имеют дополнительное преимущество в виде отсутствия участников дорожного движения и значительно меньшего количества препятствий по сравнению с типичной дорогой.

Дистанционное управление транспортными средствами освобождает фермеров от необходимости активно управлять сельскохозяйственным транспортным средством, например, трактором, или даже находиться на месте, чтобы они могли сосредоточиться на других задачах, пока транспортное средство автономно пашет, удобряет или сеет поле — при необходимости даже ночью. Автономная навигация обеспечивается, среди прочего, с помощью набора датчиков, который оснащает транспортное средство для обнаружения окружающей среды. Этот набор обычно состоит из камер, а также датчиков LiDAR и Radar.

Эффективное использование сельскохозяйственных земель с помощью точного земледелия

Еще одна область применения новой технологии в сельском хозяйстве - это точное земледелие. Цель состоит в том, чтобы сократить расходы и значительно повысить урожайность. В точном земледелии обработка земли, такая как посев и удобрение, оптимально адаптируется к условиям посредством точного учета и оценки параметров, таких как состояние почвы или урожайность.

Но как регистрируются эти параметры? Вот где требуются датчики, включая LiDAR. Пример: LiDAR, установленные на тракторах, способны точно определять высоту, объем и массу кукурузного поля, а значит, и ожидаемую урожайность. Другим примером является автоматизированный сбор тюков сена. Здесь LiDAR обнаруживает тюки перед транспортным средством, которые можно автоматически собирать и сортировать.


Еще одним возможным применением является мониторинг зон кормления: датчик измеряет уровень наполнения, чтобы можно было вовремя пополнить запасы корма.

LiDAR для эффективного управления сельскохозяйственными угодьями и ресурсами

Технология LiDAR играет важную роль в разработке 3D-моделей природных и искусственных структур. Эти 3D-карты могут быть созданы путем присоединения LiDAR к дронам или БПЛА (беспилотным летательным аппаратам). Аналогичным образом, точные карты сельскохозяйственных территорий и природных ресурсов с использованием данных геопространственных измерений LiDAR могут помочь фермерам создавать невероятно точные карты природных ресурсов.

Например, карты 3D LiDAR могут помочь найти все деревья в саду и показать направление потока воды у основания каждого дерева. Они также могут помочь определить точный рельеф фермы, лучше определить водосборные площади и поток эрозии.

Фермы не являются однородными, и всегда существует некоторая естественная изменчивость почвы, уровня влажности и микроклимата из-за особенностей ландшафта. LiDAR можно использовать для наблюдения, измерения и картирования изменений в уклоне, экспозиции и высоте. 3D-карты сельскохозяйственных угодий также могут включать форму сельскохозяйственных угодий, что может помочь фермерам проанализировать пригодность земли для определенной культуры и лучшее время для посадки. Это также можно использовать для определения потенциальных зон сельскохозяйственного производства в районе, где производство, вероятно, будет выше, чем на остальной земле.

Технология LiDAR в сельском хозяйстве также может иметь жизненно важное значениедля определения типа почвы конкретной местности. Полученные данные позволяют генерировать точный тип почвы и ее состав. Затем эксперты могут использовать эти данные для консультирования фермеров по наилучшей возможной практике ведения сельского хозяйства.

Эрозия под воздействием воды может быть драматичной во время штормовых событий, приводя к размывам и оврагам, или она может быть скрытой и происходить как эрозия слоев и ручьев во время сильных дождей. Водная эрозия может вызвать немедленную потерю верхнего слоя почвы и семян и привести к долгосрочной потере производительности и более высоким производственным затратам. Технология LiDAR в сельском хозяйстве может быть полезной для предотвращения эрозии почвы с помощью 3D-картирования и моделирования конкретной сельскохозяйственной земли. Получив точную информацию о рельефе фермы и зная ее контуры, фермеры могут разработать превентивные меры для снижения или устранения эрозии почвы и создать карты рисков вместе скомплексным планом управления дренажем.

Этот анализ можно также распространить на общие услуги по управлению полями, которые могут включать в себя определение количества воды, необходимого для орошения, или того, сколько раз в году следует высаживать культуру на данной сельскохозяйственной земле.

LiDAR в сельском хозяйстве для интеллектуального управления урожаем

Традиционно карты возделываемых полей создаются путем ручной оцифровки полей с помощью спутниковых или аэрофотоснимков. Затем этим изображениям присваиваются метки типов культур — часто с использованием данных, полученных во время ручных наземных обследований. Однако этот метод отнимает много времени, дорог и подвержен человеческим ошибкам. Автоматизированные методы дистанционного зондирования, такие как использование воздушных LiDAR, являются экономически эффективными альтернативами. Данные, полученные с помощью LiDAR, можно комбинировать с алгоритмами машинного обучения для автоматизации классификации культур.

LiDAR также можно использовать для оценки качества урожая и измерения его по стандартам для проведения анализа урожая и таким образом определить пригодность урожая в определенной области. Это, в свою очередь, может быть полезным для определения общей урожайности в данном сезоне и помочь фермерам прогнозировать урожайность и принимать меры по повышению общей урожайности.

Определение ущерба посевам в случае стихийного бедствия всегда является кропотливо трудной задачей. Технология LiDAR в сельском хозяйстве может использоваться для определения степени повреждения посевов и помощи фермерам в разработке стратегии восстановления.

Почему стоит выбрать LiDAR, а не другие технологии обнаружения?

Датчики LiDAR на основе лазера имеют явное преимущество перед другими датчиками: пыль, темнота и туман не ухудшают их работу. Например, камера не может предоставить информацию в темноте или тумане — LiDAR, с другой стороны, может обнаруживать свое окружение даже в этих условиях. Особенно на полях, где пыль может быстро подниматься, а условия видимости могут быть проблематичными, надежное обнаружение окружающей среды важно.

Точность — еще одно преимущество датчиков LiDAR по сравнению с другими методами обнаружения окружающей среды. Поскольку лазерная технология способна воспроизводить окружающую среду в цифровом виде в 3D-данных, например, скот можно надежно обнаружить и классифицировать. Информация от датчика LiDAR настолько точна, что можно различать скот разных размеров, например, корову и овцу. Кроме того, здесь можно использовать те же механизмы, что и в приложениях безопасности: если животные превышают пределы выпаса, срабатывает сигнализация, поэтому фермеры знают, что их стада в безопасности, даже ночью.

Внедрение новых сенсорных технологий в сельском хозяйстве, таких как LiDAR, может значительно повысить урожайность и помочь фермерам более эффективно использовать землю. Использование этих технологий представляет собой важный шаг в подготовке отрасли к будущему.