数年前、ドローンテクノロジーは貧しい農業コミュニティにとって到達不可能な施設のようでしたが、徐々に状況は大きく変化しました。
現在、ドローンは、作物の管理と監視、雑草の検出、灌漑のスケジューリング、病気の検出、農薬の散布、地上センサーからのデータの収集など、さまざまな重要な農業操作の農業分野で使用されています。
精密農業におけるドローンの導入は、農業生産性、作物収量、および農業システムの収益性を改善するのに役立つ、費用効果が高く時間の節約になる技術です。ドローンは、農業管理、雑草の監視、および害虫の被害を促進します。これにより、これらの課題に迅速に対応できます。
ドローンは、従来の有人航空機よりも高精度かつ低コストで、低高度の小さな作物畑に効率的に使用できます。作物管理にドローンを使用すると、特定の場所に関する正確でリアルタイムのデータを提供できます。
さらに、ドローンは作物の高解像度画像を提供して、病気の検出、農業の監視、灌漑に対する作物の反応の変動の検出、雑草管理、除草剤の数の削減など、作物の管理に役立ちます。
灌漑スケジュール
灌漑の必要性を判断するには、4つの要素を監視する必要があります。1）土壌水の利用可能性。 2）作物の水の必要量。これは、さまざまな作物が最適に成長するために必要な水の量を表します。 3）降雨量; 4）灌漑システムの効率。これらの要因は、ドローンを利用して土壌水分、植物ベースの温度、蒸発散量を測定することで定量化できます。たとえば、地表の土壌水分の空間分布は、地上サンプリングと組み合わせたドローンによってキャプチャされた高解像度のマルチスペクトル画像を使用して推定できます。作物の水ストレス指数は、熱ドローン画像を利用して水ストレス領域を決定するために計算することもできます。
植物の病気の検出
推定によると、米国では、植物の病気によって引き起こされる作物の損失は、年間約330億ドルの収益の損失につながります。ドローンは、さまざまな病気の発生段階で発症前に作物の病気の空間的および時間的パターンを監視するための熱リモートセンシングに使用できます。したがって、農民は作物の損失を減らすことができます。たとえば、空中熱画像を使用して、土壌伝染性真菌の初期発生を検出できます。
土性マッピング
土性などの土壌特性は、土壌の質を示し、それが作物の生産性に影響を与える可能性があります。ドローンの熱画像は、比較的均一な気候条件下での地表面温度の違いを測定することにより、土性を定量化できます。
残余カバーと耕うんマッピング
作物残渣は、風や水から土壌を保護する保護層を農地に提供することにより、土壌保全に不可欠です。作物残渣の正確な評価は、保全耕うん慣行を適切に実施するために必要です。空中熱画像は、可視および近赤外画像を使用した場合の77％と比較して、作物残渣被覆量の変動の95％以上を明確に説明できます。
フィールドタイルマッピング
タイル排水システムは、畑から余分な水を取り除くため、生態学的および経済的な利益をもたらします。タイルの排水路を効率的に監視することで、農民や天然資源管理者は、環境や経済への悪影響をより適切に軽減できます。フィールド内の温度差を測定することにより、サーマルドローン画像はフィールドタイルマッピングに追加の機会を提供できます。
作物成熟度マッピング
ドローンは、収穫時期を決定するために作物の成熟度を監視するための実用的な技術である可能性があります。特に、利用可能な時間内に地域全体を収穫できない場合はそうです。たとえば、オーストラリアのランダフラにある大麦の試験地域からのドローンの視覚画像と赤外線画像を使用して、大麦の2つの主要な成長段階をマッピングし、83.5％の分類精度を示しました。
収穫量マッピング
農民は、作物保険、収穫と貯蔵の要件の計画、キャッシュフローの予算など、いくつかの理由から、作物の収穫量を正確かつ早期に見積もる必要があります。ドローン画像は、タイの稲作の収量と総バイオマスを推定するために利用されます。ドローンの画像は、ドイツの初期から中期の作物の成長段階におけるトウモロコシの穀物収量も予測します。
課題
PAでのドローンの展開にはいくつかの課題があります：
- 赤外線カメラは解像度が低く、高価です。価格は品質と機能に応じて2000ドルから50,000ドルの範囲であり、ほとんどの赤外線カメラの解像度は640ピクセル×480ピクセルです。
- 熱航空画像は、大気中の湿気、撮影距離、その他の放出および反射された熱放射源など、多くの要因の影響を受ける可能性があります。したがって、空中センサーのキャリブレーションは、科学的に信頼できる物体の表面温度を抽出するために重要です。
- 空中センサーによる温度測定値は、作物の成長段階の影響を受ける可能性があります。成長期の初めに植物が小さくてまばらな場合、温度測定は土壌表面からの反射率の影響を受ける可能性があります。
- 極端な風、雨、嵐などの悪天候では、PAアプリケーションでのドローンの展開は大きな課題です。これらの条件では、ドローンはミッションに失敗する可能性があります。したがって、小型ドローンは極端な気象条件では動作できず、これらの条件では測定値を取得することさえできません。
- 重要な課題の1つは、軽量のドローンが重量のあるペイロードを運ぶ能力であり、複数のセンサー、高解像度、赤外線カメラを含む統合システムを運ぶドローンの能力を制限します。
- ドローンのバッテリー寿命は短く、通常は1時間未満です。したがって、ドローンの電力制限は、PAでドローンを使用する際の課題の1つです。ドローンを使用して広いエリアをカバーする場合のもう1つの課題は、充電のために充電ステーションに何度も戻る必要があることです。