Een paar jaar geleden leek dronetechnologie een onbereikbare faciliteit voor arme boerengemeenschappen, maar geleidelijk is er veel veranderd.
Op dit moment worden drones in de landbouw gebruikt voor verschillende essentiële landbouwactiviteiten, zoals gewasbeheer en -monitoring, onkruiddetectie, irrigatieplanning, ziektedetectie, sproeien van pesticiden en het verzamelen van gegevens van grondsensoren.
De inzet van drones in precisielandbouw is een kosteneffectieve en tijdbesparende technologie die kan helpen bij het verbeteren van de landbouwproductiviteit, gewasopbrengsten en winstgevendheid in landbouwsystemen. Drones vergemakkelijken landbouwbeheer, onkruidmonitoring en plaagschade; daardoor helpen ze deze uitdagingen snel aan te gaan.
Drones kunnen efficiënt worden gebruikt voor kleine akkers op lage hoogte met een hogere precisie en lage kosten dan traditionele bemande vliegtuigen. Het gebruik van drones voor gewasbeheer kan nauwkeurige en realtime gegevens over een specifieke locatie opleveren.
Bovendien kunnen drones afbeeldingen met een hoge resolutie voor het gewas bieden om te helpen bij het gewasbeheer, zoals ziektedetectie, monitoring van landbouw, het detecteren van de variabiliteit in de reactie van gewassen op irrigatie, onkruidbeheer en het verminderen van het aantal herbiciden.
Irrigatieplanning
Om de behoefte aan irrigatie te bepalen, moeten vier factoren worden gecontroleerd:1) beschikbaarheid van bodemwater; 2) Gewaswaterbehoefte, dit is de hoeveelheid water die de verschillende gewassen nodig hebben om optimaal te groeien; 3) Neerslaghoeveelheid; 4) Efficiëntie van het irrigatiesysteem. Deze factoren kunnen worden gekwantificeerd door drones te gebruiken om bodemvocht, plantgebaseerde temperatuur en verdamping te meten. De ruimtelijke verdeling van bodemvocht aan de oppervlakte kan bijvoorbeeld worden geschat met behulp van multispectrale beelden met hoge resolutie die zijn vastgelegd door een drone in combinatie met grondmonsters. De waterstressindex van gewassen kan ook worden berekend om gebieden met waterstress te bepalen door gebruik te maken van thermische dronebeelden.
Detectie van plantenziekten
Volgens schattingen resulteren in de VS de oogstverliezen als gevolg van plantenziekten in ongeveer $ 33 miljard aan jaarlijkse inkomstenderving. Drones kunnen worden gebruikt voor thermische teledetectie om de ruimtelijke en temporele patronen van gewasziekten presymptomatisch te volgen tijdens verschillende ontwikkelingsfasen van ziekten. Daarom kunnen boeren oogstverliezen verminderen. Warmtebeelden vanuit de lucht kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om de ontwikkeling van bodemschimmel in een vroeg stadium te detecteren.
In kaart brengen van bodemtextuur
Bodemeigenschappen, zoals de bodemtextuur, kunnen een indicatie zijn van de bodemkwaliteit, wat op zijn beurt de gewasproductiviteit beïnvloedt. Warmtebeelden met drones kunnen de bodemtextuur kwantificeren door de verschillen in temperatuur van het landoppervlak te meten onder relatief homogene klimatologische omstandigheden.
In kaart brengen van residubedekking en grondbewerking
Gewasresten zijn essentieel bij bodembehoud door een beschermende laag op landbouwpercelen te vormen die de bodem afschermt tegen wind en water. Een nauwkeurige beoordeling van gewasresten is noodzakelijk voor de juiste implementatie van conserverende grondbewerkingspraktijken. Thermische luchtfoto's kunnen duidelijk meer dan 95% van de variabiliteit in de hoeveelheid gewasresten verklaren, vergeleken met 77% bij gebruik van zichtbare en bijna-IR-beelden.
Veldtegeltoewijzing
Tegeldrainagesystemen verwijderen overtollig water uit de velden en bieden daarom ecologische en economische voordelen. Efficiënte monitoring van tegelafvoeren kan boeren en beheerders van natuurlijke hulpbronnen helpen om nadelige milieu- en economische effecten te verminderen. Door temperatuurverschillen binnen een veld te meten, kunnen thermische dronebeelden extra mogelijkheden bieden bij het in kaart brengen van veldtegels.
Mapping van gewasvolwassenheid
Drones kunnen een praktische technologie zijn om de rijpheid van gewassen te monitoren voor het bepalen van de oogsttijd, vooral wanneer het hele gebied niet in de beschikbare tijd kan worden geoogst. Zo werden bijvoorbeeld visuele en infraroodbeelden van drones van proefgebieden met gerst in Lundavra, Australië, gebruikt om twee primaire groeistadia van gerst in kaart te brengen en toonden een classificatienauwkeurigheid van 83,5% aan.
Gewasopbrengsttoewijzing
Boeren hebben om verschillende redenen een nauwkeurige, vroege schatting van de gewasopbrengst nodig, waaronder gewasverzekering, planning van oogst- en opslagvereisten en cashflowbudgettering. Dronebeelden worden gebruikt om de opbrengst en totale biomassa van rijstgewassen in Thailand te schatten. Dronebeelden voorspellen ook de opbrengst van maïskorrels in de vroege groeifasen van het vroege tot middenseizoen in Duitsland.
Uitdagingen
Er zijn verschillende uitdagingen bij de inzet van drones in PA:
- Thermische camera's hebben een slechte resolutie en zijn duur. De prijs varieert van $ 2000- $ 50.000, afhankelijk van de kwaliteit en functionaliteit, en de meeste thermische camera's hebben een resolutie van 640 pixels bij 480 pixels.
- Thermische luchtfoto's kunnen worden beïnvloed door vele factoren, zoals vocht in de atmosfeer, opnameafstand en andere bronnen van uitgezonden en gereflecteerde warmtestraling. Daarom is kalibratie van luchtsensoren van cruciaal belang om wetenschappelijk betrouwbare oppervlaktetemperaturen van objecten te extraheren.
- Temperatuurmetingen via luchtsensoren kunnen worden beïnvloed door groeistadia van gewassen. Wanneer planten aan het begin van het groeiseizoen klein en schaars zijn, kunnen temperatuurmetingen worden beïnvloed door reflectie van het bodemoppervlak.
- Bij slecht weer, zoals extreme wind, regen en stormen, is de inzet van drones in PA-toepassingen een grote uitdaging. In deze omstandigheden kunnen drones mislukken in hun missies. Daarom kunnen kleine drones niet werken in extreme weersomstandigheden en kunnen ze zelfs geen metingen uitvoeren tijdens deze omstandigheden.
- Een van de kritieke uitdagingen is het vermogen van lichtgewicht drones om een hoge lading te vervoeren, waardoor het vermogen van drones om een geïntegreerd systeem met meerdere sensoren, hoge resolutie en thermische camera's te dragen, wordt beperkt.
- Drones hebben een korte batterijduur, meestal minder dan 1 uur. Daarom zijn de vermogensbeperkingen van drones een van de uitdagingen bij het gebruik van drones in PA. Een andere uitdaging, wanneer drones worden gebruikt om grote gebieden te bestrijken, is dat ze vaak terug moeten naar het laadstation om op te laden.