Cyfrowa rewolucja w rolnictwie

Automatyzacja i cyfryzacja procesów produkcyjnych w rolnictwie w połączeniu z bardzo szybkim internetem, jaki będzie dostępny w najbliższej przyszłości, otwierają duże możliwości rozwoju produkcji rolnej, od której oczekuje się wysokich plonów świetnej jakości wyprodukowanych z poszanowaniem środowiska naturalnego.  

Podstawą cyfrowego rolnictwa stają się inteligentne czujniki (sensory). Urządzenia te mierzą w czasie rzeczywistym wiele przydatnych w produkcji roślinnej parametrów: wilgotność, temperaturę powietrza i gleby, odczyn oraz przewodność elektryczną gleby. To istotne informacje niezbędne do optymalnego nawadniania upraw. W połączeniu ze stacjami pogodowymi urządzenia te stanowią element sterowania instalacjami nawadniającymi, które mogą być także uruchamiane w trybie automatycznym lub aplikować wodę w systemie zmiennych dawek. Takie rozwiązanie daje oszczędności wody, a zarazem pozwala unikać przelania roślin.

Natomiast znajomość parametrów gleby, w tym stopnia kwasowości, który oddziałuje na absorpcję oraz rozpuszczalność wielu składników pokarmowych ma istotne znaczenie podczas nawożenia mineralnego. Na podstawie takich informacji rolnik może ustalić optymalny termin aplikacji nawozów mineralnych, dzięki czemu będą one najlepiej wykorzystane przez rośliny.

Inteligentne czujniki

Jednym z producentów inteligentnych czujników dostępnych w Polsce za pośrednictwem koncernu CNH jest amerykańska firma AgXtend. Produkuje ona np. sensory deszczu (RainXactPlus) wyposażone w nadajniki GPS i sygnałów NB – IoT i LTE CAT-M, które umożliwiają transfer danych do aplikacji FarmXtend, dostępnej na smartfony i tablety. Innym produktem jest czujnik glebowy dokonujący co 180 minut pomiaru wilgotności i temperatury gleby na głębokości 30 i 60 cm. Takie informacje są niezbędne do wybrania odpowiedniego terminu siewu, sadzenia oraz nawożenia.

Firmą znaną dotychczas z produkcji sprzętów AGD i narzędzi, która zainteresowała się czujnikami dla rolnictwa jest Bosch. Podczas targów SIMA 2019 niemiecki producent otrzymał srebrny medal za Bosch Field Sensor – zestaw czujników, które stale zbierają informacje na temat upraw, gleby i klimatu. Oprócz pomiaru wilgotności, temperatury, potencjału wody w glebie czy promieniowania słonecznego sensor Boscha mierzy światło odbite od roślin, co pozwala na wyznaczenie wskaźników wegetacji umożliwiających ocenę kondycji roślin oraz ilości biomasy. Informacje są przesyłane do chmury poprzez technologię GSM lub przez sieci o niskiej prędkości (Sigfox, LoRa). Dane są przekształcane za pomocą specjalnych algorytmów matematycznych. Urządzenie Boscha dostarcza kompendium informacji przydatnych do ochrony chemicznej, nawożenia oraz ustalenia terminu zbiorów.

W monitoringu pól zastosowanie znajdują też techniki wizyjne. Analizę obrazu umożliwia CropView austriackiej firmy Pessl Instruments – kamera wykonująca zdjęcia o wysokiej rozdzielczości. Następnie fotografie są obrabiane przez specjalne algorytmy znajdujące się na internetowej platformie FieldClimate. Na ich podstawie rolnik bez wychodzenia na pole może monitorować fazy rozwojowe roślin, oceniać efekty nawożenia bądź ochrony chemicznej, a także identyfikować choroby roślin.

Inteligentne sensory znajdują szerokie zastosowanie także w produkcji zwierzęcej. Urządzenia te sprzęgnięte ze specjalistycznym oprogramowaniem umożliwiają obserwację poszczególnych krów z problemami, nawet w bardzo dużych stadach. Światowym liderem na rynku sensorów dla produkcji zwierzęcej jest firma SCR Dairy, która oferuje czujniki zakładane na uszy, szyję, nogi, ogon jak również wszczepiane pod skórę lub umieszczane wewnątrz żwacza. Należą do nich zintegrowane z transponderami sensory ruchu (akcelerometry) umieszczone na obrożach krów. Urządzenia te działają w trzech wymiarach analizując ruchy zwierzęcia w pionie i poziomie. Uzyskane dane są przetwarzane i filtrowane za pomocą specjalnego algorytmu, który wychwytuje wzorcowe zachowania odpowiadające występowaniu rui. Dopełnieniem akcelerometrów mogą być wyposażone w mikrofon i elektroniczne filtry rejestratory dźwięku, które mierzą przeżuwanie przez krowę paszy na podstawie dźwięku. Do innych urządzeń należą mocowane na uchu krowy czujniki mierzące temperaturę ciała. Pozwalają one identyfikować stany chorobowe.

Dane z akcelerometrów mogą być wysyłane bezpośrednio na smartfon (tablet) rolnika poprzez sieć GSM. Mogą być one także umieszczane w internetowej chmurze, gdzie znajduje się specjalistyczne oprogramowanie do ich obróbki. Przechowywanie danych w „chmurze” umożliwia dostęp do informacji o zwierzętach także poza gospodarstwem. Dzięki tym rozwiązaniom rolnicy mają szersze możliwości monitoringu zachowań oraz stanu zdrowotnego poszczególnych krów w stadzie, bez potrzeby bezpośredniej ich obserwacji w oborze czy na pastwisku.

Na polskim rynku są też dostępne montowane na ogonach krów sensory firmy Moocall, informujące rolnika o zbliżającym się wycieleniu. Urządzenie na podstawie częstotliwości ruchów ogona określa przybliżony czas porodu. Komunikat o czasie wycielenia wysyłany jest jako SMS na dwa podane przez klienta numery telefonu. Urządzenie może też wysyłać e-maile lub wiadomości tekstowe na aplikację zainstalowaną na smartfonie.

Sztuczna inteligencja

Istotnym elementem cyfrowej rewolucji w rolnictwie są zapisane w postaci algorytmów matematycznych i sieci neuronowych systemy naśladujące ludzką inteligencję (tzw. sztuczna inteligencja, ang. Artificial Intelligence – AI), które znalazły zastosowanie np. przy analizie obrazu w czasie sortowania owoców, warzyw oraz nasion.

Sztuczną inteligencją zainteresowali się także producenci opryskiwaczy polowych. Dzięki sterowaniu tymi maszynami z wykorzystaniem sieci neuronowych i sztucznej inteligencji możliwy jest oprysk wykonywany tylko w miejscu występowania chwastów. Umożliwiają to kamery 3D robiące do kilkunastu zdjęć na sekundę, które są obrabiane za pomocą specjalnych algorytmów. Systemy analizujące obraz z kamer potrafią zidentyfikować poszczególne gatunki chwastów, w wyniku czego można zastosować odpowiedni herbicyd. Nad takim rozwiązaniem pracują firmy Bosch i Bayer. Zaproponowany przez nie prototyp opryskiwacza jest wyposażony w szereg kamer umieszczonych wzdłuż belki, które rozpoznają poszczególne gatunki chwastów podczas jazdy maszyny po polu. Opryskiwacz ma zbiornik na czystą wodę oraz trzy zbiorniki na różne środki chemiczne. Mieszanie wody z konkretnym pestycydem następuje bezpośrednio w głowicy rozpylacza. Dobór pestycydu do poszczególnych rozpylaczy odbywa się po wcześniejszym rozpoznaniu danego gatunku chwastu. W tej technologii oprysk wykonywany jest tylko tam, gdzie występują chwasty, co prowadzi do znacznych oszczędności zarówno pestycydów, jak i wody.

Cały tekst można przeczytać w styczniowym numerze miesięcznika „Przedsiębiorca Rolny”

dr inż. Jacek Skudlarski

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Fot. firmowe