Drony v poľnohospodárstve: Inovácie, aplikácie a legislatíva pre efektívne hospodárenie

Súčasné poľnohospodárstvo čelí mnohým výzvam, od klimatických zmien po potrebu zvyšovania produktivity pri minimalizácii nákladov. Jednou z kľúčových technológií, ktorá prináša revolúciu do tohto odvetvia, sú bezpilotné lietadlá (UAV), známe ako drony. Ich využitie pre zavlažovanie, hnojenie a komplexný monitoring polí mení spôsob, akým farmári pristupujú k svojim plodinám.

Drony ako pomocníci farmárov v praxi

Moderné technológie sa dostávajú priamo do praxe, čo dokazuje napríklad skúsenosť rodinnej farmy zo Svederníka. Predstavte si kapustové pole, nad ktorým lieta dron a kropí úrodu špeciálnym slovenským hnojivom. Sedemhektárové pole dokáže takýto dron pohnojiť už za dve hodiny, pričom si vyžaduje približne dvanásť pristátí na doplnenie hnojiva a výmenu batérií.

Farmár Adrián Vakula k tomu dodáva: „Ja ho iba zapnem, zo zeme ho odštartujem a on sám behá podľa predom určených trás.“ Pre neho je to nielen práca, ale aj zábava, podobná pilotovaniu bežného dronu, no s praktickým využitím. V hlavnej úlohe je pritom nové slovenské hnojivo, ktoré využíva baktérie namiesto chémie. Farmár Peter Vakula potvrdzuje sľubné výsledky: „Zatiaľ to vyzerá veľmi sľubne. Táto odroda dosahuje štyri kilá, táto už má teraz päť.“

Toto nasadenie je výsledkom práce inovačného centra zo Žiliny, ktoré si kladie za cieľ dostať moderné technológie priamo do praxe. „Meníme mindset ľudí, búrame hranice a hľadáme tých inovátorov a early adopters, aby do toho išli, a potom od toho budú nasledovať ďalší a ďalší. Keď uvidia pozitívny príklad, škoda ho nenásledovať,“ povedal Vlastimil Kocian, riaditeľ inovačného centra Inovia.

Základné princípy a výhody rozmetania dronom

Technológia dronov sa stáva neodmysliteľnou súčasťou moderného poľnohospodárstva. Jednou z inovatívnych aplikácií je rozmetanie dronom, ktoré predstavuje revolučný spôsob aplikácie granulovaných hnojív, osív či iných materiálov priamo na polia. Táto metóda je rýchla, efektívna a ekonomická voľba pre farmárov, ktorí hľadajú spôsoby, ako zlepšiť výnosy a minimalizovať náklady.

Ako funguje rozmetanie dronom?

Rozmetanie dronom funguje na podobnom princípe ako postrekovanie, no s použitím špeciálnych nadstavieb prispôsobených na rozptyľovanie pevných látok. Drony, ako napríklad modely Agras T30 a Agras T50, umožňujú farmárom ľahko meniť účel ich použitia. Vďaka kompatibilnej nadstavbe je možné zmeniť dron z postrekovača na rozmetadlo. Tento flexibilný systém znižuje potrebu investícií do viacerých špecializovaných strojov.

Dron Agras T50 je vybavený nádržou s kapacitou až 50 kg, ktorá dokáže rozmetávať materiály v rozptyle 5 až 7 metrov. To z neho robí ideálny nástroj na:

• Rozmetanie granulovaných hnojív.
• Výsev semien pre lúky, pasienky alebo medziplodiny priamo do porastu.

Kľúčové výhody rozmetania dronom oproti tradičným metódam

Rozmetanie dronom prináša množstvo výhod oproti tradičným metódam rozmetania pomocou ťažkej mechanizácie:

• Časová úspora: Drony pracujú zo vzduchu a nie sú ovplyvnené stavom pôdy, čo umožňuje ich rýchle nasadenie a reakciu na zmeny počasia alebo potreby plodín bez zbytočných zdržaní.
• Presnosť aplikácie: Drony dokážu cieliť na presne určené oblasti, čím sa zvyšuje efektívnosť využitia materiálu, minimalizuje plytvanie a znižujú náklady na poľnohospodárske vstupy.
• Ekonomické prínosy: Znižuje sa množstvo použitých hnojív a semien vďaka presnej aplikácii, čo vedie k nižším nákladom.
• Minimalizácia škôd: Drony nelietajú priamo po zemi, ale nad porastom, čím sa predchádza zhutňovaniu pôdy a poškodeniu rastlín, ktoré by mohli spôsobiť tradičné poľnohospodárske stroje.
• Flexibilita: Drony sú schopné rozmetať širokú škálu materiálov, vrátane granulovaných hnojív a semien, umožňujúce rýchlu a efektívnu aplikáciu.
• Ekologické prínosy: Minimalizujú zhutňovanie pôdy a umožňujú cielenejšiu aplikáciu hnojív a semien, čo znižuje nadmerné používanie chemikálií a dopad na ekosystém.

Pokročilé technológie a umelá inteligencia v poľnohospodárskych dronoch

Bezpilotné lietadlá (UAV) transformujú moderné poľnohospodárstvo tým, že poskytujú rýchle letecké pohľady na polia. Používajú sa na skenovanie plodín z hľadiska zdravia, štádia rastu, škodcov, buriny a odhadu výnosov.

Monitorovanie a analýza plodín

Moderné presné poľnohospodárstvo využíva UAV na prieskum polí a monitorovanie stavu plodín. Preletom nad rozsiahlymi plochami môžu drony zhromažďovať snímky rastlín, pôdy a vzorov na poliach s vysokým rozlíšením. Tieto snímky sa prenášajú do algoritmov počítačového videnia, ktoré:

• Detekujú burinu medzi plodinami.
• Odhadujú výnos (napr. počítanie plodov alebo úhorov).
• Zisťujú včasné príznaky chorôb alebo nedostatku živín.
• Mapujú variabilitu polí a riadia zavlažovanie alebo hnojenie.

Drony používajú RGB, termálne alebo multispektrálne kamery na identifikáciu stresovaných rastlín, nedostatku živín alebo príznakov chorôb. Napríklad, štúdia bavlníkových polí použila snímky z UAV s detektorom založeným na YOLOv7 a dosiahla presnosť približne 83% pri oddeľovaní buriny od bavlny.

Ďalšie aplikácie zahŕňajú:

• Detekcia škodcov a chorôb: UAV dokážu odhaliť ohniská škodcov (napr. kobylky, hmyz alebo plesňovú spálu) skôr ako ľudia pešo a podporujú mapovanie zamorených oblastí.
• Odhad výnosu: Počítanie ovocia, klasov obilia alebo rastlín zo vzduchu pomáha predpovedať objemy úrody.
• Geodetické a mapové práce: Drony vytvárajú mapy polí (topografia, rozdiely v pôde), ktoré pomáhajú plánovať obrábanie pôdy a zavlažovacie systémy.

Tieto úlohy často vyžadujú inferenciu takmer v reálnom čase, čo znamená spracovanie videozáznamov za behu, aby bolo možné okamžite prijímať rozhodnutia, ako je nastavenie výšky alebo aktivácia postrekovača.

Optimalizácia výkonu dronov pomocou Neural Architecture Search (NAS)

Malé bezpilotné lietadlá (UAV) majú veľmi obmedzený palubný výpočtový výkon a výdrž batérie. Spúšťanie zložitých algoritmov umelej inteligencie na nich v reálnom čase je preto výzvou. Tradičné ľahké modely detekcie objektov (ako sú malé detektory založené na YOLO) dokážu tieto potreby splniť len čiastočne, často obetujú presnosť alebo rýchlosť.

Neural Architecture Search (NAS) je automatizovaná metóda na navrhovanie architektúr neurónových sietí. NAS dokáže vyhľadávať architektúry, ktoré spoločne optimalizujú presnosť detekcie a využitie zdrojov (latencia, výkon, pamäť) v reálnych podmienkach UAV. V podstate, NAS s ohľadom na nasadenie zahŕňa kontext nasadenia a obmedzenia prostredia do procesu návrhu, zohľadňujúc hardvér dronu (rýchlosť CPU/GPU, limity pamäte, energetickú náročnosť) a to, s čím sa UAV v teréne skutočne stretne. To vedie k efektívnejším a robustnejším modelom:

• Modely navrhnuté pomocou NAS môžu byť rýchlejšie a energeticky účinnejšie, čo predlžuje čas letu dronu. Napríklad, model navrhnutý systémom NAS bežal o 28% rýchlejšie a spotreboval o 18,5% menej energie ako štandardný model YOLOv8n.
• Zlepšuje sa robustnosť detekcie, keďže NAS môže zahŕňať testy za rôznych podmienok (napr. slabé osvetlenie), čím sa zabezpečí presnosť aj pri zmenách počasia.

Legislatívne rámce a obmedzenia pre používanie dronov v poľnohospodárstve na Slovensku a v EÚ

Napriek technologickému pokroku a potenciálnym výhodám je používanie dronov v poľnohospodárstve regulované komplexnými legislatívnymi rámcami, najmä pokiaľ ide o aplikáciu prípravkov na ochranu rastlín (POR).

Súčasný stav legislatívy v SR a EÚ

V poslednom období Slovenská poľnohospodárska a potravinárska komora eviduje otázky týkajúce sa používania dronov v poľnohospodárstve, konkrétne na aplikáciu POR. Dôležité je zdôrazniť, že aplikácia POR dronmi je za súčasne nastavených legislatívnych podmienok ZAKÁZANÁ.

Kľúčové legislatívne akty a nariadenia zahŕňajú:

• Smernica 2009/128/ES: Stanovuje rámec na dosiahnutie trvalo udržateľného používania pesticídov a zakazuje letecké aplikácie prípravkov na ochranu rastlín. Aplikácia dronmi sa považuje za leteckú aplikáciu a podlieha tomuto zákazu.
• Zákon č. 405/2011 Z. z. o rastlinolekárskej starostlivosti: Transponuje vyššie uvedenú smernicu do národnej legislatívy. Podľa § 31 tohto zákona môže byť letecká aplikácia POR povolená len vo výnimočných prípadoch a so špecifickými opatreniami na zabezpečenie bezpečnosti.
• Vyhláška Ministerstva pôdohospodárstva a rozvoja vidieka SR č. 490/2011 Z. z.: Podrobne stanovuje podmienky pre udelenie výnimky zo zákazu, typy leteckých aplikácií a podmienky aplikácie. V čase jej tvorby sa však využitie dronov na aplikáciu POR nepredpokladalo, a preto nie je priamo zohľadnené.
• Rozhodnutie Dopravného úradu SR č. 2/2019: Upravuje problematiku dronov a ich používania v SR. V odseku (10) uvádza, že bezpilotné lietadlo nesmie byť použité na rozprašovanie chemických látok alebo zhadzovanie predmetov, pokiaľ nejde o letecké práce alebo lety na základe špecifického súhlasu. Letecké práce možno vykonávať len na základe povolenia vydaného leteckým úradom.

Ministerstvo pôdohospodárstva a rozvoja vidieka SR zdôrazňuje, že ide predovšetkým o odborný, nie legislatívny problém. Bez dostatočných poznatkov a údajov na stanovenie bezpečnostných kritérií nie je možné legislatívne povoliť používanie dronov na aplikáciu POR. Obdobná situácia je aj v mnohých iných štátoch EÚ (napr. Španielsko, Francúzsko, Poľsko, Litva, Lotyšsko, Estónsko, Írsko, Slovinsko, Rumunsko, Grécko, Holandsko, Taliansko), kde aj napriek intenzívnemu výskumu chýbajú postupy na hodnotenie rizika a autorizáciu prípravkov pre dronové aplikácie.

Jedinú výnimku v súčasnosti predstavuje vykonanie aplikácie POR pomocou dronov na účely výskumu a vývoja (podľa § 12 vyhlášky MPRV SR č. 485/2011 Z. z.). Opakovaný pokusný projekt sa uskutočnil v spolupráci s Národným lesníckym centrom a VSE a. s. na aplikáciu herbicídov dronom pod elektrickým vedením, a v novembri 2024 sa uskutočnili prvé pokusy s aplikáciou granulátov dronmi pod dohľadom ÚKSÚP.

Európska legislatíva a kategorizácia dronov

Vývoj v oblasti dronov viedol k potrebe adaptácie EÚ legislatívy, čoho výsledkom sú delegované nariadenia EK 2019/945 a vykonávacie nariadenie 2019/947. Ich cieľom je zjednotiť nariadenia pre bezpečnú prevádzku dronov v spoločnom vzdušnom priestore. Tieto nariadenia zavádzajú:

• Systém registrácie používateľov dronov.
• Triedy UAS zariadení (Unmanned Aerial System).
• Postupy pre ich bezpečnú prevádzku.

Každá súkromná alebo právnická osoba, ktorá prevádzkuje dron s hmotnosťou nad 250 g (alebo s kamerou), sa stáva súčasťou leteckej prevádzky a musí sa zaregistrovať (vek min. 16 rokov). Zaregistrovaní používatelia dostanú jedinečné registračné číslo, ktorým označia všetky svoje drony.

EASA vytvorila systém kategorizácie bezpilotných prostriedkov, ktorý ich rozdeľuje podľa miery rizika:

• Otvorená kategória: Zahŕňa použitie dronov do 25 kg na rekreačné účely a komerčné aktivity s nízkou mierou rizika (väčšina prevádzkovateľov). Obsahuje podkategórie A1, A2 a A3, ktoré určujú prevádzkové obmedzenia vzhľadom na technické parametre dronu. Od 1. 1. 2023 musia byť všetky drony označené štítkom triedy C0 až C4.
• Osobitná kategória: Zahŕňa operácie s vyššou mierou rizika (profesionálne lety s rizikom poškodenia osôb alebo majetku). Vyžaduje sa posúdenie prevádzkových rizík Dopravným úradom a vydanie povolenia. EASA definovala aj Štandardné scenáre (STS) pre tieto operácie.
• Osvedčená kategória: Zodpovedá operáciám s najvyššou úrovňou rizika, ako sú lety s dronmi s cestujúcimi na palube, a vyžaduje prísne bezpečnostné kritériá podobné civilnému letectvu.

Na Slovensku zatiaľ nie je určené, ktorý štátny orgán prevezme kompetencie za prevádzku tohto systému a nefunguje ani registrácia používateľov dronov podľa nových EU nariadení. Kým sa táto situácia nevyrieši, platí Rozhodnutie č. 2/2019 Dopravného úradu.

Obmedzenia letov a ochrana prírody

Prevádzka bezpilotných prostriedkov má isté obmedzenia aj vzhľadom na ochranu prírody, najmä v chránených územiach (3. až 5. stupeň ochrany prírody), ako sú národné parky, CHKO a maloplošné chránené územia, ktoré pokrývajú približne 8,2% územia SR. Odborné štúdie potvrdili negatívne účinky dronov na správanie sa živočíchov (útek, stres, opustenie hniezda, útok). Použitie dronu v takýchto oblastiach si vyžaduje súhlas, ktorý po preskúmaní situácie a vyjadrení správcu CHÚ vydáva okresný úrad (orgán ochrany prírody).

Budúcnosť dronov v poľnohospodárstve

Trh s UAV prístrojmi určenými pre poľnohospodárske účely neustále rastie. V roku 2020 dosahoval 1,2 miliardy dolárov a predikcie naznačujú nárast až na 5,7 miliardy dolárov v roku 2025. Dôvodom je rozsiahle využívanie poľnohospodárskych dronov na siatie, postrekovanie a chov hospodárskych zvierat, čo priťahuje pozornosť rizikového kapitálu.

Okrem rastu objemu predaja možno očakávať aj vývoj autonómnych systémov, ktoré minimalizujú ľudské chyby a zvýšia produktivitu. Moderný automatizovaný systém (napríklad Scout system od spoločnosti American Robotics) sa komplexne postará o plánovanie operácie, priebeh letu, nabíjanie, spracovanie údajov a ich analýzu.

Ďalšou dôležitou oblasťou je integrácia dronov s dátovými systémami a umelou inteligenciou. Drony vybavené senzormi môžu zhromažďovať informácie o vlhkosti pôdy, zdravotnom stave plodín a iných faktoroch, čo umožní ešte presnejšie riadenie a optimalizáciu aplikácie hnojív alebo semien v reálnom čase.

Významné zmeny prinesie aj implementácia štandardu Remote ID, ktorý má za cieľ zvýšiť mieru zodpovednosti operátorov dronov a bezpečnosti vzdušného priestoru. Od roku 2023 budú musieť všetky drony vysielať svoju polohu a polohu operátora, čo urýchli procesy vedúce k využívaniu autonómnych operácií a BVLOS letov.

tags: #zabezpecit #pouzivanie #dronov #na #zavlazovanie #hnojenie