Systém detekce rostlin – kamerové systémy s budoucností?

terraHORSCH: Jak aktuálně vypadá technika detekce rostlin?
Theodor Leeb: Už na veletrhu Agritechnica 2019 představilo několik startup firem své kamerové systémy pro bodový postřik plevele. To u zákazníků, výrobců i odpovědných politiků vzbudilo určitá očekávání.
My jsme se ve firmě v posledních letech pokoušeli vnést do této problematiky více světla a testovat, jak daleko vlastně jsme. Bodový postřik s pomocí optických senzorů nebo kamer není ve skutečnosti žádná převratná novinka. Tento postup se už asi dvacet let používá v oblastech, pro které je typické bezorebné obdělávání půdy a kde jsou nízká množství srážek, např. v Austrálii, Rusku nebo Kazachstánu – a to jako „Green on Brown“. Jiným principem je „Green in Green“. Technika je tedy k dispozici. Zůstává otázkou, kdy a kde má který systém skutečně smysl.

terraHORSCH: Co znamená „Green on Brown“ a „Green in Green“?
Theodor Leeb: Rozlišujeme dva principy: „Green on Brown“ a „Green in Green“. Termín „hnědá“ přitom označuje obdělávanou půdu a „zelená“ rostliny, ať už kulturní plodiny nebo plevel. Téma „Green on Brown“, tedy „zelená na hnědé“, je znám už dlouhou dobu. V této souvislosti někteří výrobci nabízí mimo jiné systémy pro aplikaci glyfosátu před setbou, které se používají především v oblastech s bezorebným obděláváním půdy. U postupu „Green in Green“, tedy „zelená v zelené“, se rozlišuje, co je kulturní plodina a co plevel. V dalším kroku jsou pak částečně k dispozici i informace, jaký plevel na dané ploše roste.
K otázce, jak si stojíme u tohoto tématu: Tuto sezónu a také v loňském roce jsme provedli několik pokusů.
Např. v rámci „Green in Green“ jsme zkusili stříkat bodláky v pšenici. Bodláky zpravidla rostou ve shlucích, a ne plošně po celém poli. Byl by to tedy typický příklad využití bodového postřiku. Tímto pokusem jsme chtěli zjistit, jak přesně systém bodláky rozezná a jak velkého záchytu dosáhneme.
V zásadě můžeme říct, že systém funguje. Bodláky jsou detekovány, avšak jen částečně. Záchyt se pohyboval v rozmezí cca 40–60 %. Tady se samozřejmě nabízí otázka, zda to stačí. Podle mého názoru je to pro možné využití v praxi ještě hodně málo. Navíc se jako zemědělec ptám, co s plevelem, který ještě stojí – je možné ho tolerovat, nebo ne? To samozřejmě závisí i na typu plevele, mělo by se to ale vyjasnit.

terraHORSCH: Nedošlo k rozpoznání bodláků, nebo nereaguje systém dost rychle a bodláky tak nezachytí?
Theodor Leeb: Při pokusu jsme rozlišovali mezi „rozpoznán, ale nezachycen“ nebo jen „nerozpoznán“, protože tím logicky i nezachycen. Je to ale i otázka kalibrace systému. Na ramenech s rozpětím 36 metrů se nachází celkem dvanáct kamer v třímetrovém rozestupu, které jsou namířeny dopředu. A ke každé kameře jsou v souladu s prostorovým uspořádáním přiřazeny trysky. Kvůli tomu je nutné polohy jednotlivých kamer relativně náročně zaměřit, aby se příslušná tryska otevřela přesně ve správnou dobu.
Skutečným problémem však je spíše to, že systém bodláky ve skutečnosti nerozpoznal. Největším problémem přitom jsou různé světelné podmínky. To znamená, že záleží na tom, zda je zataženo nebo slunečno, zda se musí pracovat po slunci nebo proti slunci atd. A také povětrnostní podmínky mají vliv na vzhled bodláku. Například při silnějším slunečním světle se listy lehce natáčí nahoru, což způsobovalo, že míra záchytu byla výrazně nižší. Museli jsme tedy konstatovat, že systém vyžaduje ještě další optimalizaci.

terraHORSCH: A to je bodlák v porovnání s jinými rostlinami ještě dobře rozeznatelný.
Theodor Leeb: To je pravda. Pro lidské oko je snadno rozeznatelný a člověk ho umí také rozlišit. Rozdíl mezi jednoděložnými a dvouděložnými rostlinami je ještě mnohem větší. Ale chceme-li rozpoznat psárku od pšenice, bude to těžší. Tady se podle okolností už dostáváme na hranice možného. Existují ale ještě další technická omezení. Důležitým bodem je velikost takzvaného spotu, tedy nejmenší možná plocha, kterou je možné stříkat. Teoreticky by se největší potenciál úspor nabízel, pokud bychom každý malý plevel ošetřili na efektivní postřikové ploše, např. 5x5 cm. Protože ale pracujeme s plošnými postřikovači, u kterých jsou trysky namontovány s roztečí 50 cm nebo 25 cm, činí minimální šířka spotu 60 cm, resp. 35 cm podle rozdělení trysek. A vzhledem k tomu, že se trysky nemohou spínat ani nekonečně rychle za sebou, mají spoty ve směru jízdy délku cca 50 cm. Pokud se tedy plevel nachází ve vzdálenosti menší než 50 cm, nebude se systém vypínat. Pro potenciál úspor je tedy rozhodující poměr mezi velikostí spotu a hustotou plevele. Další omezení souvisí s fyzikou, resp. optikou. Vezměme si například řepu: U ní je velmi důležité, aby se plevel rozpoznal brzy, tedy když má velikost jeden centimetr nebo ještě méně. Teoreticky je možné tyto nepatrné rostliny pomocí systému rozpoznat, museli bychom ale jet velmi pomalu a dívat se pozorně opravdu ze všech stran. V praxi jsou však obvyklé pracovní rychlosti 10 km/hod a více. Aby byla zajištěna dostatečná reakční doba, směřují kamery šikmo vpřed. Pokud se pak před malým plevelem nachází nějaká větší hrouda hlíny nebo je plevel skrytý za jinou, větší rostlinou, nebude ho kamera moci rozpoznat. 100% záchytu se tedy nedá dosáhnout. Otázkou tedy je, co je akceptovatelné. Stačí 90 %? Aktuálně to zkrátka ještě nevíme.

terraHORSCH: Téma je tedy momentálně limitováno vstupními údaji a fyzikou.
Theodor Leeb: Ano, nicméně je zde ještě třetí, stejně zajímavý aspekt, který je třeba vyřešit. U mnoha řádkových plodin je rozšířenou praxí, že po setbě se plošně aplikuje půdní herbicid. Tím se na určitou dobu získá základní ochrana. Plevel, který vzejde po dvou až třech týdnech, se pak ošetří listovým postřikem. Pokud bych se nyní půdního herbicidu vzdal, musel bych logicky čekat, až plevel vyroste, abych ho mohl detekovat pomocí kamery. A teď si vezměme, že rostoucí plevel budeme stříkat listovým bodovým postřikem: problémem přitom je, že prostředky působící přes listy negativně ovlivňují vývoj kulturní plodiny. A jejímu zasažení se nedá zabránit, např. pokud plevel roste v blízkosti řepy. Kromě toho se v průběhu doby objevují stále další plevele. Otázka tedy zní: Jak často musíme plochy bodově stříkat, např. aby řepné pole zůstalo čisté? My jsme ještě nezkoušeli půdní herbicid zcela vynechat. Podle mě ale nemá smysl se půdního herbicidu u řepy zříkat. Smysluplná by snad mohla být určitá kombinace, tzn. jako první opatření plošný půdní herbicid a dále pak bodové postřiky s pomocí kamery. Zajímavá mi připadá také myšlenka akceptovat určitou míru škod, např. tolerovat určité plevele nebo trávy, které kamera klasifikuje, které by pro chytře zvolený osevní postup v příští sezóně nepředstavovaly žádný problém nebo se daly snadno ošetřit. Tady se podle mě skrývá velký potenciál úspor. Je však ještě nutné tento systém dál vyvíjet, protože kromě samotné detekce je nutná i klasifikace plevele.

terraHORSCH: Teď jste jako příklad uvedl herbicidy. Jsou i jiné oblasti, kde je možné si to představit?
Theodor Leeb: Například v případě nemocí rostlin by se mohly u obilí aplikovat fungicidy specifické pro danou plochu nebo i regulátory růstu. K tomu ale není potřeba takto sofistikovaný systém bodového postřiku, protože se to týká větších oblastí. Pro toto použití máme náš pulsní systém PrecisionSpray s variabilním aplikačním množstvím pro každý 3metrový úsek ramen. Existují ale i metody na detekci nemocí pomocí kamery. Otázkou spíše je, zda pak už není příliš pozdě. Zde se přikláním spíše k aplikaci pomocí biomasy a meteorologických modelů, která je cílenější.

terraHORSCH: Jak funguje „Green in Brown“?
Theodor Leeb: V této souvislosti jsme společně s jedním výrobcem z Francie prováděli nějaké pokusy. Tato metoda spočívá v pouhém rozlišení barev, tzn. snímá se obraz kamery a analyzuje, které pixely jsou zelené a které hnědé, tedy co je rostlina a co půda. Zelené úseky se poté postříkají. Funguje to dobře, pro střední Evropu však tento systém nehraje takovou roli, protože zde se ve větší míře provádí obdělávání půdy a podmínky jsou zde spíše mokré.

terraHORSCH: Můžete to vysvětlit podrobněji?
Theodor Leeb: Na místech s vysokými výnosy se po sklizni zpravidla obdělává strniště, aby se do půdy zamíchala sláma. Po několika dnech nebo týdnech pak z vytroušených zrn vzejde obilí a také plevel. To znamená, že pole je po celé ploše více či méně zelené. Bodový postřik pak nedává smysl, protože rostliny jsou příliš nahusto. Bylo by tedy nutné provést celoplošné ošetření, a nejen bodové. V suchých oblastech, kde se půda obdělává většinou bezorebně, to vidím jinak. Zde se po sklizni půda nenaruší. Protože je tam velmi sucho, roste zde i málo plevele nebo obilí z vytroušených zrn. A to se už dá namísto plošného postřiku cíleně pracovat s kamerovým systémem, např. kvůli úspoře nákladů při stříkání jednotlivých rostlin glyfosátem.
Kromě „Green on Brown“ a „Green in Green“ existuje ještě další rozdělení, konkrétně online a offline metoda. To, co jsme zde doposud popisovali, jsou online postupy, tzn. na ramenech jsou kamery a systém při přejezdu pole rozhoduje, zda stříkat, nebo ne.
V případě offline postupu se informace získávají při předchozím skenování. Zpravidla nad polem přeletí dron vybavený kamerou s vysokým rozlišením a z výšky cca 20 metrů pole naskenuje. Pomocí algoritmu se pak na tomto podrobném snímku rozliší plevel od plodiny. Výstupem ze systému je aplikační karta s oblastmi, kde se má postřik provést. Tyto informace jsou poté načteny do terminálu stroje a pole je ošetřeno. Funguje to podobně jako aplikační karty pro hnojení.
Také offline systémy už nějakou dobu zkoušíme s jedním startupem. V zásadě funguje i tento systém, ale je zde pár kritických bodů. Například pokud chceme stříkat, musíme mít k dispozici aktuální údaje. Není k ničemu přeletět dronem nad polem o čtrnáct dnů dřív, protože mezitím se pokrytí plevelem změní. Další překážka opět souvisí s fyzikou. Kvůli použité metodě musí být spoty pro záchyt plevele větší, neboť se GPS tolerance dronu a postřikovače sčítají. Větší spoty ale zase znamenají větší stříkané plochy a tím představují menší potenciál úspor.
Další výzvou jsou obrovská množství dat. Na jeden hektar jsou to gigabyty, které se odesílají na server a tam se počítají. Současné internetové připojení přitom často narazí na své limity. Aplikační karty pak musí zpět do terminálu zemědělce. Podle počtu polygonů (spotů) jsou ale s aktuálními terminály ISOBUS možné jen aplikační karty s velikostí menší než 5 hektarů.
To znamená: Technicky nebo technologicky je offline metoda možná, v praxi je však zapotřebí ještě více času na optimalizaci postupů. A především potřebujeme řešení pro velká množství dat. Popřípadě musíme najít paralelní cestu k ISOBUS.

terraHORSCH: Jak byste to všechno shrnul?
Theodor Leeb: Podle mého názoru je bodový postřik dalším logickým krokem, jak splnit budoucí požadavky v souvislosti s Green dealem, ochranou životního prostředí a udržitelností. Přecházíme tudíž od plošné aplikace přes pásovou aplikaci k maloplošným bodovým postřikům. Cílem je provádět aplikaci vždy jen tam, kde je to nutné. K tomu mohou účinně pomoci systémy s podporou kamer, ať už se jedná o online nebo offline systémy.
Intenzivně pracujeme na optimalizaci těchto systémů a provádíme další zkoušky, při kterých sbíráme zkušenosti. Naším úkolem je převést to, co je technologicky možné, do praxe, aby zemědělci mohli tyto postupy při své každodenní práci bezpečně a snadno používat. Bodový postřik je dalším dílkem v optimalizaci klasické ochrany rostlin. I zde však vidím limity pro to, co je proveditelné, protože na poli nepanují normované, průmyslové, konstantní podmínky.
Můj závěr zní: Příroda vždy zůstane přírodou. A příroda si nedá vnutit průmyslový či digitální korzet.