Как датчики на полях и животных делают сельское хозяйство умнее

Установка беспроводных датчиков среди посевов и "умных" бирок на скот может помочь фермерам производить больше пищи с меньшим воздействием на окружающую среду.

Однако к 2050 году население планеты достигнет 9,8 млрд человек, и фермерам предстоит выращивать больше еды, используя меньше воды, земли, удобрений и пестицидов. Сельское хозяйство ответственно за свыше 10% выбросов парниковых газов и 44% водопотребления в Европе.

Для решения этих задач фермеры, исследователи и инженеры развивают технологии точного земледелия, используя сети датчиков для сбора данных о состоянии культур и животных в реальном времени.

"Нам нужно решить проблему экологического следа сельскохозяйственной системы, делая больше с теми же ресурсами или даже с меньшими", — говорит Франсуа Льенар, менеджер по коммуникациям проекта Internet of Food and Farm 2020 (IoF2020).

Молочные коровы

В рамках одного эксперимента 2200 молочных коров на шести фермах в Дании, Германии, Латвии и Литве оснастили ушными бирками с антенной радиочастотной идентификации (RFID). Бирки идентифицируют животное при посещении "умного" роботизированного кормораздатчика, который фиксирует время визита и точную дозу выданных минеральных добавок.

Диета коров до и после отёла критически важна для их здоровья и качества молока. Предварительные (ещё не опубликованные) результаты показали:

• Надой молока увеличился на 1%.
• Качество молока улучшилось на 20%.
• Количество заболевших животных снизилось на 6%.
• Количество коров, выбракованных по состоянию здоровья, уменьшилось на 24%.

Контроль минералов в рационе также снижает содержание аммиака и фосфатов в навозе. Данные с кормораздатчика, интегрированного в облачную систему, позволяют автоматически корректировать рацион для каждой коровы и выявлять проблемы по снижению аппетита.

Дополнительно для мониторинга здоровья используются ошейники с акселерометрами и шагомерами. Искусственный интеллект анализирует активность животных для раннего выявления признаков болезней, например, хромоты.

"Мы знаем, что активность молочной коровы значительно возрастает во время охоты, тогда как снижение активности вызвано болезнью", — поясняет Хеннинг Лингсо Фогед, координатор эксперимента по точной минеральной подкормке в IoF2020.

Растениеводство

В 33 экспериментах IoF2020 задействованы солнечные беспроводные датчики, которые мониторят влажность почвы, содержание питательных веществ, влажность и погодные условия в разных "зонах" поля. Это позволяет точечно поливать, вносить удобрения и пестициды, экономя ресурсы.

Специализированные тепловизионные и спектрографические камеры выявляют ранние признаки вредителей, болезней или дефицита питательных веществ. Например, в одном винограднике камера на тракторе анализирует оттенки зелёного на каждом кусте, создавая карту уровня насекомых или стресса растений.

Для борьбы с сорняками между рядами виноградников разрабатываются роботизированные косилки, которые стригут траву максимально близко к лозам, не повреждая их.

Эти технологии продолжают развиваться в рамках нового общеевропейского проекта SmartAgriHubs (наследник IoF2020), который объединил 160 институтов и партнёров из агропромышленного сектора.

Свиноводство и пчеловодство

Среди экспериментов SmartAgriHubs — проекты по снижению использования антибиотиков на свинофермах с помощью носимых датчиков на животных. Другие используют миниатюрные датчики для отслеживания движений пчёл в ульях.

"С помощью искусственного интеллекта можно прогнозировать это поведение и, комбинируя данные с температурой и влажностью, искать проблемы", — говорит Лорена ван де Колк, менеджер по коммуникациям SmartAgriHubs.

Это позволяет пчеловодам оперативно получать оповещения о таких угрозах, как клещ Varroa или последствия воздействия пестицидов.

Один из проектов в Андалусии (Испания) использует дроны и наземных роботов для съёмки листвы оливковых деревьев и виноградной лозы. Алгоритмы ИИ анализируют изображения для раннего обнаружения болезней. Другой проект нацелен на сокращение расхода воды для орошения в этом засушливом регионе.

Препятствия и перспективы

Внедрению технологий мешают высокие первоначальные инвестиции и проблема совместимости различных систем. Часть работы IoF2020 была направлена на выработку общих стандартов для сельскохозяйственных цифровых технологий, чтобы фермеры могли свободно менять поставщиков решений.

Помимо повышения эффективности, "цифровое" фермерство может создать для аграриев новый источник дохода — продажу собираемых данных другим организациям (при условии обеспечения безопасности и правовых рамок).

"Мы надеемся, что в итоге у фермеров появится каталог решений, которые они смогут использовать для увеличения урожайности, сокращения экологического следа и экономии времени", — резюмирует Франсуа Льенар.