Egyedi növényérzékelés – van jövőjük a kamerarendszereknek?

terraHORSCH: Hol tart a technika az egyes növények felismerésében?
Theodor Leeb: A 2019-es Agritechnica kiállításon néhány start-up cég már bemutatta a gyomnövények pontszerű permetezésére szolgáló kamerarendszereket. Ez megnövelte a vásárlók, a gyártók és a politikai döntéshozók elvárásait is.
Az elmúlt években megpróbáltunk fényt deríteni erre a témára, és tesztelni, hol is tartunk valójában. Kezdjük azzal, hogy alapvetően nem újdonság a spot permetezés, optikai érzékelőkkel vagy kamerákkal. Ezt a módszert már körülbelül húsz éve alkalmazzák a tipikusan talajművelés nélküli, csapadékszegény régiókban, mint Ausztrália, Oroszország vagy Kazahsztán – a "Zöld-barna" régióban. Egy másik módszer a "Zöld-zöld". A technológia tehát már létezik. Kérdés, hogy melyik rendszernek mikor és hol van igazán értelme.

terraHORSCH: Mit jelent a "Zöld-barna " és a "Zöld-zöld"?
Theodor Leeb: Két alapelv van: a "Zöld-barna" és a "Zöld-zöld". A barna a szántóföldnek, a zöld pedig a növénynek felel meg – legyen az termesztett növény vagy gyomnövény. A Zöld-barna témakör már jó ideje létezik. Többek között egyes gyártók kínálnak olyan rendszereket, amelyekben a glifozátot vetés előtt kijuttatják. Ezt a módszert főleg a no-till régiókban alkalmazzák. A Zöld-zöld módszerrel meg kell különböztetni a kultúrnövényt a gyomnövénytől. Részben azt az információt is megkapja, hogy milyen az a gyomnövény.
Milyen messzire jutottunk ezzel a témával? Idén és tavaly is végeztünk néhány vizsgálatot. A Zöld-zölddel például kipróbáltuk búzában a gyűszűvirág permetezését. Általában fészekben jelenik meg, és nem az egész szántóföldön. Ez egy tipikusan szúró permetezés lenne. A teszttel azt akartuk kideríteni, hogy a rendszer pontosan hogyan érzékeli a gyűszűvirágokat, és milyen találati arányt érhetünk el. Alapvetően csak annyit tudunk mondani, hogy működik a rendszer. A gyűszűket észlelte, de csak részben. A találati arány 40 és 60 százalék között mozgott. Kérdés persze, hogy ez elég-e. Szerintem még messze van a terepképességtől. Ráadásul gazdaként az ember elgondolkodik a még mindig a szántóföldön lévő gyomokon – elviselhetőek vagy sem? Persze a gyomok fajtájától is függ, de tisztázni kellene.

terraHORSCH: Nem észlelték a gyomnövényeket, vagy a rendszer nem reagált elég gyorsan, és nem találta el a gyomnövényeket?
Theodor Leeb: A tesztben különbséget tettünk az "észlelt, de nem talált" vagy egyszerűen "nem észlelt" és logikusan a „nem talált" között. De ez is a rendszer kalibrálásának kérdése. Egy 36 méteres kereten összesen 12 kamera van, három méterenként, előre néző, ferdeszögben. A fúvókák pedig a térbeli elrendezésnek megfelelően vannak hozzárendelve az egyes kamerákhoz, amelyek helyzetének kalibrálása meglehetősen bonyolult eljárás, hogy a fúvóka pontosan a megfelelő időben nyíljon ki.
De fő probléma, hogy a bogáncsot valóban nem érzékeli a rendszer. A legnagyobb kihívás a különböző fényviszonyok. Vagyis nem mindegy, hogy felhős vagy napos idő van, hogy a nappal szemben kell dolgozni stb. Az időjárási viszonyok pedig befolyásolják a gyűszű alakját. A levelek például erős napsugárzásban egy kicsit feltekerednek, ami jelentősen alacsonyabb felismerési arányt eredményez. Tehát azt tapasztaltuk, hogy még mindig szükség van optimalizálásra.

terraHORSCH: És a gyűszűvirágot más növényekhez képest meglehetősen könnyű felismerni.
Theodor Leeb: Pontosan. Szemünk meglehetősen könnyen felismeri, és az ember meg tudja különböztetni. Az egyszikű és kétszikű növények közötti különbség elég nyilvánvaló. De ha meg akarjuk különböztetni például a feketefüvet a búzától, az egyre nehezebb. Ez az a pont, ahol esetleg elérjük a megvalósíthatóság határait.
De vannak további technikai korlátok is. Fontos a foltméret, azaz a lehető legkisebb terület, amelyet permetezni lehet. Elméletileg a legnagyobb megtakarítási potenciált az jelentené, ha minden kis gyomot például 5x5 cm-es hatékony permetezési területtel kezelnénk. Mivel azonban permetezőgépeink fúvókatávolsága 50 vagy 25 cm, a fúvókák elrendezésétől függően kb. 60, illetve 35 cm a minimális foltszélesség. Mivel a fúvókák nem tudnak végtelenül gyorsan kapcsolni, a foltok a haladási irányban kb. 50 cm hosszúak. Ha a gyomok közötti távolság 50 centiméternél kisebb, a rendszer nem kapcsol ki. A megtakarítási potenciál szempontjából tehát lényeges a foltméret és a gyomfertőzöttség aránya. A fizika, illetve az optika két másik korlátozó tényező. Vegyük példának a répát: fontos, hogy a gyomnövényeket korai stádiumban, azaz egy centiméteres vagy annál is kisebb méretben észleljük. Elméletileg akkor lehet ezt az apró növényt a rendszerrel felismerni, ha nagyon lassan haladunk, és tényleg minden oldalról meg tudjuk nézni. A gyakorlatban azonban a 10 km/órás vagy annál nagyobb üzemi sebességek megszokottak. Megfelelő reakcióidőért a kamerák ferdeszögben néznek előre. Ha azonban a kis gyom előtt egy nagy rög van, vagy ha egy másik nagyobb növény eltakarja a gyomot, a kamera nem fogja tudni észlelni. Így nem lehet százszázalékos találati arányt elérni. Most az a kérdés, hogy mi az elfogadható. Elég a 90 százalék? Jelenleg egyszerűen nem tudjuk.

terraHORSCH: Tehát jelenleg a témát a képzési adatok és a fizika korlátozzák.
Theodor Leeb: Igen, de van még egy izgalmas kérdés, amit tisztáznunk kell. Sok sorközművelésnél jó szakmai gyakorlat, hogy a vetés után talajgyomirtót alkalmaznak. Ez egy bizonyos ideig alapvédelmet biztosít. A két-három hét múlva kelő gyomokat ezután levélaktív szerekkel kezeljük. Ha úgy dönt, hogy nem alkalmazza a talajgyomirtót, akkor logikusan meg kell várnia, amíg a gyomnövény megnő, hogy a kamera érzékelni tudja. Tegyük fel, hogy a spot permetezés módszerével juttatunk lombhullató szert a kelő gyomokra, probléma, hogy a levélaktív szerek befolyásolják a kultúrnövény fejlődését. Nem lehet elkerülni a rápermetezést, ha a gyom például közel van a répához. Ráadásul végig folyamatosan új gyomok bújnak elő. A kérdés tehát a következő: milyen gyakran kell egy adott területet kiszúrni ahhoz, hogy például egy répaföld tiszta maradjon? Mi még nem próbáltuk meg a talajgyomirtó nélkül. De véleményem szerint cukorrépában nincs értelme nélkülözni. Észszerű megoldás lenne a kombináció, azaz a talajherbicid mint első intézkedés, a többi kezelés pedig szúrópróbaszerű permetezés, kamerás permetező rendszerrel. Egy másik, meglehetősen izgalmas ötlet, hogy bizonyos gazdasági küszöbértéket elfogadunk, illetve bizonyos, kamerával besorolt gyomnövényeket tolerálunk, mivel azok könnyen kezelhetők egy okosan megválasztott vetésforgóban, vagy, nem okoznak problémát a következő szezonban. Szerintem ez lehet a legnagyobb megtakarítási potenciál, viszont még sok fejlesztést igényel, mivel a gyomokat nem csak fel kell ismerni, hanem osztályozni is kell.

terraHORSCH: Az imént a gyomirtó szerekről beszélt. El tud képzelni más ágazatokat, ahol ez a módszer alkalmazható lenne?
Theodor Leeb: Gabonafélék betegségeire például gombaölő szereket vagy akár növekedésszabályozókat is alkalmazhatnának, helyspecifikusan. Ehhez azonban nincs szükség ilyen finoman tételezett, szúrópróbaszerű permetezési rendszerre, mivel nagyobb területről van szó. PrecisionSpray pulzáló rendszerünket használjuk, három méteres keretszakaszonként változó kijuttatási mennyiséggel. De vannak olyan megközelítések, amelyekkel a kamerákat használhatjuk betegségek felismerésére is. A kérdés inkább az, hogy akkor nem késő-e. Véleményem szerint eredményesebb lenne a biomasszán és az időjárási modelleken keresztül megközelíteni.

terraHORSCH: Hogyan működik a "Zöld-barna"?
Theodor Leeb: Egy franciaországi gyártóval közösen teszteltünk. A módszer pusztán a színek megkülönböztetésén alapul, azaz van egy kameraképünk, és elemezzük, hogy melyik pixel zöld vagy barna, tehát növény vagy szántóföld. A zöld területeket permetezzük. Ez elég jól működött, azonban Közép-Európában ennek a rendszernek nincs nagy jelentősége, mivel nálunk általános a talajművelés, és nedvesek a körülmények.

terraHORSCH: Elmagyarázná ezt részletesebben?
Theodor Leeb: A nagy hozamú területeken a betakarítás után általában bekeverik a szalmát. Néhány nap vagy hét múlva megjelennek az árvakelésű növények és a gyomok. Vagyis a szántóföld többé-kevésbé mindenütt zöld. A foltos kezelésnek nincs értelme, mivel a növények túl közel vannak egymáshoz. Tehát az egész területet kezelni kellene, és nem lehet pontszerű kijuttatásra hagyatkozni. A száraz régiókban, ahol a talajművelés nélküli gazdálkodás nagyon elterjedt, ez másképp van. Betakarítás után nincs talajművelés. Mivel nagyon száraz a talaj, kevés a gyom vagy a köztesnövény. És ebben az esetben – az egész terület permetezése helyett – célzottan lehet dolgozni kamerarendszerrel, hogy például glifozátot használva költségeket takarítsunk meg az egyes növények permetezésén.
A Zöld-barna és a Zöld-zöld mellett van még egy megkülönböztetés: az offline és az online módszerek. Amit eddig leírtam, azok online módszerek, azaz a kamera a keretre van szerelve, és menet közben a rendszer dönt, hogy permetezzen-e vagy sem.
Az offline módszereknél az információt egy korábbi szkenneléssel kapja meg. Általában nagy felbontású kamerájú drónnal repülünk át a szántóföld felett, és kb. húsz méter magasságból pásztázzuk. Jelenleg algoritmussal különböztetjük meg a gyomokat a növényektől a nagy felbontású fényképen. Ez a rendszer kijuttatási térképet ad a permetezendő szakaszokkal, aztán betölti a gép termináljába az információt, és kezeli a szántóföldet. Hasonlóan működik, mint a műtrágyázás kijuttatási térképe.
Egy induló vállalkozással már jó ideje teszteltünk offline rendszereket is. Alapvetően működik, de van még néhány akadály. Ha például permetezni akarunk, aktuális adatokra van szükségünk. Kevés értelme van 14 nappal előre átrepülni a szántóföldet a drónnal, mivel időközben megváltozik a gyomosodás. A másik akadály fizikai jellegű. Az eltolt módszer miatt a foltoknak nagyobbnak kell lenniük, hogy eltalálják a gyomokat, mivel összeadódnak a drón és a permetezőgépek GPS-pontatlanságai. A nagyobb foltok viszont azt jelentik, hogy a permetezett terület is nagyobb, és így kevesebb a megtakarítási lehetőség.
A rendkívül nagy adatmennyiség további kihívás. Hektáronként végtelen mennyiségű gigabájt keletkezik, amelyeket egy szerverre kell küldeni. Ez gyakran a végsőkig igénybe veszi a jelenlegi internetkapcsolatokat. Másrészt az alkalmazástérképeket vissza kell küldeni a gazdálkodó termináljára. A poligonok (foltok) számától függően a jelenlegi ISOBUS-terminálok csak öt hektárnál kisebb méretű alkalmazástérképeket tesznek lehetővé.
Ez azt jelenti, hogy: műszaki vagy technológiai szempontból az offline módszer jeleníthető meg. A gyakorlati használathoz azonban a folyamatok optimalizálásához több időre van szükség. És mindenekelőtt megoldásokat kell találni a nagy adatmennyiségre. Esetleg még az ISOBUS-szal párhuzamos megoldást is kell találnunk.

terraHORSCH: Mi az összegzése?
Theodor Leeb: Véleményem szerint a szúrószórás a következő logikus lépés a Green Deal, a környezetvédelem és a fenntarthatóság jövőbeli követelményeinek teljesítéséhez. Következésképpen a teljes felületű kezeléstől a sávos kijuttatáson át a kis területű, pontszerű permetezésig jutunk el. A cél mindig az, hogy szert csak ott alkalmazzuk, ahol valóban szükség van rá. Ehhez értékesen hozzájárulhat egy kameraalapú rendszer – akár online, akár offline.
Intenzíven dolgozunk e rendszerek optimalizálásán, és folytatjuk a teszteket, hogy további tapasztalatokat gyűjtsünk. Feladatunk mindazt, ami technológiai szempontból lehetséges, úgy ültetni át a gyakorlatba, hogy a gazdálkodó biztonságosan és egyszerűen tudja használni e módszereket a mindennapi munkájában. Így a spot permetezés a hagyományos növényápolás optimalizálásának újabb komponensévé válhat. De látom a lehetőségek határait is, mivel a szántóföldön nincsenek szabványos, ipari és állandó körülmények.
Összegzésem: a természet továbbra is természet marad. A természetet pedig nem korlátozhatják ipari vagy digitális szabványok.