Foltpermetezés – Mi a jelenlegi helyzet?
A jövőbeni keretfeltételek a növényápolásban jelentős csökkenést hoznak. Egy lehetséges megoldás a foltpermetezés. Theo Leeb és Josef Stangl elmondják, hogy mi a jelenlegi helyzet a HORSCH-nál, milyen módszerek vannak, és miért szükséges.
Már az Agritechnica 2019 kiállításon is voltak olyan cégek és start-upok, amelyek a kamerás egyedi növényfelismerés és a foltpermetezés témájával foglalkoztak, és bemutatták a megfelelő megoldásokat. A kezdeti eufória jelentős volt. Ezek a rendszerek ugyanis a növényvédő szerek pontos kijuttatását hivatottak lehetővé tenni – ez különösen a növényvédő szerek csökkentésére vonatkozó uniós előírások követelménye. De mennyire jól és pontosan működik a foltpermetezés? Hogy választ találjon ezekre a kérdésekre, és hogy jó, pontos megoldásokat tudjon bemutatni, a HORSCH is intenzív kutatásokat végzett.
Ígéretes megoldások
"Első pillantásra a megoldások nagyon vonzónak, érdekesnek, sőt nagyon piacképesnek tűntek. Ezért annak idején három céggel vettük fel a kapcsolatot, hogy megtudjuk, hol tart a projekt, és van-e lehetőség együttműködésre. Az egyik vállalat azonban inkább a műtrágyázásra összpontosított. Így ez a megoldás nem volt annyira érdekes nekünk" – nyilatkozta Theo Leeb.
De egy másik franciaországi start-up cég is foglalkozott a "zöld a zöldben" és a "zöld a barnában" témával. A "zöld a barnában" a zöld a növénynek felel meg, függetlenül attól, hogy termesztett növény vagy gyomnövény, a barna pedig a termőföldnek. Minden zöldként észlelt területet permeteznek. A "zöld a zöldben" elvvel az egyes növényeket, gyomokat vagy kultúrnövényeket a rendszer érzékeli és célzottan permetezi.
A "zöld a zöldben" téma mindenképpen érdekes nekünk, különösen az európai piacon. Megvitattuk, hogy melyek lennének e rendszer kézenfekvő alkalmazási lehetőségei. És hamarosan a búzában a bogáncs permetezéses eltávolításának témájánál kötöttünk ki" – mondja Theo Leeb. Ez különösen akkor érdekes, ha a bogáncsok vetésforgó-problémát okoznak. Búzában a bogáncsok könnyen leküzdhetők, általában fészekben jönnek, és könnyebben felismerhetők" – magyarázza Josef Stangl. Így a bogáncs tipikus esete lenne a "zöld a zöldben" foltos kijuttatásnak.
Alkalmazás
"Hogy kiderítsük, mennyire megbízhatóan észleli és távolítja el a búzából a permetezés a bogáncsokat, teszteltük egy start-up cég rendszerét, amely erre a kijuttatási esetre kifejlesztett és betanított egy algoritmust". A HORSCH nagyméretű tesztparcellákat hozott létre és vizsgált meg különböző gyűszűpopulációkkal.
Theo Leeb hamar kiábrándult. Bár a rendszer működött, az eredmények messze nem voltak kielégítők. "Elvileg működik a foltképzés. De vannak korlátai. Átlagosan a bognáncsoknak csak 60 százalékát sikerült felismerni, 40 százalék érintetlen maradt. Ezt a tényt figyelembe véve elgondolkodik az ember, hogy hogyan értékelje ezt az eredményt, és hogy elegendő-e ez a hatékonyság. A mi döntésünk az volt: nem! És ez az eredmény nem javult, miután tovább képeztük a modellt grafikus anyagokkal és információkkal – a találati arány továbbra is kb. 60 százalék maradt." Ez még messze van a piacképességtől.
Alkalmazási terület
Theo Leeb szerint fontos mérlegelni, hogy a foltpermetezésnek milyen növénykultúrákban, milyen alkalmazásban és milyen időpontban van igazán értelme. Figyelembe kell venni azt is, hogy műszaki szempontból mi lehetséges, illetve milyen korlátozások vannak. "Amikor előadást tartok, szívesen mutatok rá a technikailag lehetséges legkisebb foltméret és a gyompopuláció arányára. A legkisebb foltméret kb. 50 x 50 cm, 50 centiméteres szabványos fúvókamérettel. Ha a gyomok közötti távolság az 50 centiméteres tartományon belül van, a permetezőgép nem kapcsol ki. Ez azt jelenti: a foltképzésnek csak akkor van értelme, ha a gyomnövényzet viszonylag vékony – nevezetesen egy méternél nagyobb távolságokkal."
Ha a sorközi kukoricát vesszük példának, és megnézzük a gyomok eloszlását, a gyomok közötti távolságok általában centiméteres tartományban vannak, az időjárástól függően. A gyomok közötti több méteres távolságok ritkák. A helyzetet bonyolítja az is, hogy a gyomok nem állnak le a keléssel. "Ha ma foltpermetezve levélaktív gyomirtószerrel kezelem a látható gyomokat, a következő héten újabbak nőnek ki. A gyom újranövekedésének és a késői gyomfertőzésnek szabályozásához talajherbicidekre van szükség. Ha csak a levélaktív herbicidekre hagyatkozik, akkor több kezelésre van szükség ugyanahhoz az eredményhez. A végén nagyobb területet kezeltek."
A következtetés az volt, hogy a foltpermetezésnek ilyen körülmények között csak nagyon korlátozottan van értelme. A sorkultúrákban talajherbicidek nagy területű kijuttatásával lehet "alapvédelmet" elérni. Később az egyedileg kelő gyomokat foltpermetező rendszerekkel lehet eltávolítani. Theo Leeb szerint ez a megközelítés más sorkultúrákra is átvihető. "A gabonaféléknél azonban ez nehezebbé válik, különösen, ha a gyomnövényekről is gondoskodunk. A felismerő rendszerek rendkívül nehezen különböztetik meg őket a gabonaféléktől. A feketefű kimutatása gabonafélékben szinte lehetetlen. Amit el tudnék képzelni, az a széles levelű gyomok kimutatása a gabonafélékben. Ebben az esetben ugyanis egyértelműen meg lehet különböztetni a növényeket. De ősszel vagy tavasszal megkülönböztetni a füvet a búzától – ez ma már nem reális". A foltpermetezés csak akkor kivitelezhető, ha a gyomok könnyen megkülönböztethetők a terménytől, és csak akkor van értelme, ha a gyomfertőzés szórványosan vagy fészekben fordul elő.
Foltpermetezési rendszer
Vannak olyan alkalmazási esetek, amikor a foltszerű kijuttatás gazdasági és ökológiai szempontból is kedvező. Ezért a HORSCH célja a saját foltpermetezési rendszer kifejlesztése. "Először is megnéztük, hogy milyen technológia áll mögötte – és ismét visszatértünk a "zöld a zöldben" és a "zöld a barnában" témakörökhöz."
A "zöld a barnában" téma már jó ideje forog a piacon különböző beszállítóknál, és főként az USA-ban és Ausztráliában használják száraz régiókban, illetve direktvetés-régiókban. Főleg ahol a betakarítás után nincs talajművelés, vagy csak kevés. "A szárazság miatt csak kevés gyom kelt ki egyes fajtákból, amelyeket aztán glifozáttal foltoznak. Technológiai szempontból ez meglehetősen egyszerű, mivel pusztán a képek feldolgozásáról van szó. A rendszer ellenőrzi, hogy egy pixel zöld vagy barna. Ha zöld, a fúvóka kinyílik és permetez. Ez mesterséges intelligencia nélkül is működik, és ez az egyik első célunk, mivel alapja a folyamat többi részének".
MI és kamerarendszerek
Ezzel párhuzamosan a HORSCH olyan mesterséges intelligencián dolgozik, amely képes a növények felismerésére. Az MI-modellek betanításához megfelelő és átfogó grafikai anyagra van szükség. A DFKI-val (Deutsches Institut für künstliche Intelligenz = Német Mesterséges Intelligencia Intézet) közösen készítettük el azokat az alapokat, amelyekre egy mesterséges intelligenciának szüksége van, és azt, hogy hogyan néz ki egy modell. A mesterséges intelligenciamodellbe számos felcímkézett képet építettek be, amelyeken a cukorrépa megkülönböztethető a gyomnövényektől. "Kétféle megközelítés létezik. Az egyikben az egyes gyomokat, a másikban "csak" a termesztett növényt detektálják.
Kezdetben a művelt növény felismerésére összpontosítunk, mesterséges intelligenciával. A lehető legnagyobb felismerési biztonsághoz sok képre van szükség. A grafikai anyagnak tartalmaznia kell a későbbi felhasználási idő szempontjából releváns összes növekedési stádiumot, különböző fényviszonyok mellett. A jó észlelési teljesítmény folyamatos utóképzést igényel. "A cukorrépa volt a tesztnövény, amelyre betanítottuk a rendszert. A cukorrépa ugyanis nincs kezelve, minden más, ami zöld, az gyom, és permetezzük."
Két módszer
A "zöld a zöldben" és a "zöld a barnában" megkülönböztetés mellett a foltpermetezés két különböző módszerre osztható fel. Az online módszerben a kamera állandóan a növényvédő permetezőgépen van felszerelve. A felismerés, az elemzés és a kijuttatás menet közben, egyetlen munkafolyamat.
Az offline módszernél a képet előzetesen drónnal rögzítik. A következő lépésben a képadatokat elemzik, és elkészítik a gyomok pontos helyét tartalmazó térinformatikai térképet.
Ezeket a térképeket betöltik a terminálra, és a permetezőgép kijuttatási pontokként dolgozza fel. Josef Stangl szerint a drón repülése és a kijuttatás közötti idő nem lehet túl hosszú. Az RTK ellenére a térképkezelés még mindig kihívás. A rendszer fontos előnye, hogy előre tudja, mennyi permetező keverékre van szüksége. Ráadásul ez a változat viszonylag alacsony árú, ha be akar lépni a foltpermetezési ágazatba. Ha összehasonlítjuk a két rendszert, Josef Stangl úgy véli, hogy a könnyebb kezelhetőségű online módszer fog érvényesülni.
Jelenlegi helyzet
"A foltpermetezés soha nem fogja a gyomok száz százalékát eltalálni" – ebben Theo Leeb és Josef Stangl egyetértenek. Egyes növényeket a kamera nem fog érzékelni, mások átcsúsznak a felismerési modellen. Így a foltpermetezés hatékonysága valamivel kisebb, mint a teljes területre kijuttatásé. "Még hosszú út áll előttünk. Az olyan sorközök, mint a cukorrépa, a kukorica, a szója és a napraforgó, talán a repce is, ideálisak, hogy ezzel a technológiával kezdjük. Ezekben a kultúrákban a technológia képes felismerni egy mintázatot, és így könnyebben felismeri a kultúrnövényt. A gyomok is jobban azonosíthatók. Különösen a fészekben megjelenő gyomok, mint például a gyökérzöldségünk, viszonylag megbízhatóan lokalizálhatók a sorközökben. A csökkentés elérése érdekében különösen a gyomirtó szerek ágazatában kell kimondani: Nem permetezem többé az egész szántóföldet" – magyarázza Josef Stangl.
A cél, hogy belátható időn belül a hagyományos direktvetéses régióban egy irányított "zöld a barnában" rendszer legyen. Ezenkívül a HORSCH folytatja a munkát a "zöld a zöldben" ágazatban a sorközművelésű növények egyedi növényfelismerésére, hogy kihasználja a szántóföldi permetezőgéphez viszonyított megtakarítási lehetőségeket. Az a tény, hogy hét éven belül 50 százalékos hatóanyag-csökkentést kell elérni, motiváló tényező lehet.