Systém detekcie rastlín – kamerové systémy s budúcnosťou?

terraHORSCH: Ako aktuálne vyzerá technika detekcie rastlín?
Theodor Leeb: Už na veľtrhu Agritechnica 2019 predstavilo niekoľko startup firiem svoje kamerové systémy pre bodový postrek burín. To u zákazníkov, výrobcov aj zodpovedných politikov vzbudilo určité očakávania.
My sme sa vo firme v posledných rokoch pokúšali vniesť do tejto problematiky viac svetla a testovať, ako ďaleko vlastne sme. Bodový postrek s pomocou optických senzorov alebo kamier nie je v skutočnosti žiadna prevratná novinka. Tento postup sa už asi dvadsať rokov používa v oblastiach, pre ktoré je typické bezorbové obrábanie pôdy a kde sú nízke množstvá zrážok, napr. v Austrálii, Rusku alebo Kazachstane – a to ako „Green on Brown“. Iným princípom je „Green in Green“. Technika je teda k dispozícii. Zostáva otázkou, kedy a kde má ktorý systém skutočne zmysel.

terraHORSCH: Čo znamená „Green on Brown“ a „Green in Green“?
Theodor Leeb: Rozlišujeme dva princípy: „Green on Brown“ a „Green in Green“. Termín „hnedá“ pritom označuje obrábanú pôdu a „zelená“ rastliny, či už kultúrne plodiny alebo burinu. Téma „Green on Brown“, teda „zelená na hnedé“, je známa už dlhú dobu. V tejto súvislosti niektorí výrobcovia ponúkajú okrem iného systémy na aplikáciu glyfosátu pred sejbou, ktoré sa používajú predovšetkým v oblastiach s bezorbovým obrábaním pôdy. Pri postupe „Green in Green“, teda „zelená v zelenej“, sa rozlišuje, čo je kultúrna plodina a čo burina. V ďalšom kroku sú potom čiastočne k dispozícii aj informácie, aká burina na danej ploche rastie. K otázke, ako si stojíme pri tejto téme: Túto sezónu a aj v minulom roku sme vykonali niekoľko pokusov.
Napr. v rámci „Green in Green“ sme skúsili striekať pichliače v pšenici. Pichliač spravidla rastie v zhlukoch, a nie plošne po celom poli. Bol by to teda typický príklad využitia bodového postreku. Týmto pokusom sme chceli zistiť, ako presne systém pichliač rozozná a aký veľký záchyt dosiahneme. V zásade môžeme povedať, že systém funguje. Pichliač je detegovaný, avšak len čiastočne. Záchyt sa pohyboval v rozmedzí cca 40-60 %. Tu sa samozrejme ponúka otázka, či to stačí. Podľa môjho názoru je to pre možné využitie v praxi ešte veľmi málo. Navyše sa ako poľnohospodár pýtam, čo s burinou, ktorá ešte stojí - je možné ju tolerovať, alebo nie? To samozrejme závisí aj od typu buriny, malo by sa to ale vyjasniť.

terraHORSCH: Nedošlo k rozpoznaniu pichliača, alebo nereaguje systém dosť rýchlo a pichliač tak nezachytí?
Theodor Leeb: Pri pokuse sme rozlišovali medzi „rozpoznaný, ale nezachytený“ alebo len „nerozpoznaný“, a tým logicky aj nezachytený. Je to ale aj otázka kalibrácie systému. Na ramenách s rozpätím 36 metrov sa nachádza celkom dvanásť kamier v trojmetrovom rozstupe, ktoré sú namierené dopredu. A ku každej kamere sú v súlade s priestorovým usporiadaním priradené trysky. Kvôli tomu je nutné polohy jednotlivých kamier relatívne náročne zamerať, aby sa príslušná tryska otvorila presne v správnom čase. Skutočným problémom však je skôr to, že systém pichliač v skutočnosti nerozpoznal. Najväčším problémom pritom sú rôzne svetelné podmienky. To znamená, že záleží na tom, či je zamračené alebo slnečno, či sa musí pracovať po slnku alebo proti slnku atď. A tiež poveternostné podmienky majú vplyv na vzhľad pichliača. Napríklad pri silnejšom slnečnom svetle sa listy ľahko natáčajú nahor, čo spôsobovalo, že miera záchytu bola výrazne nižšia. Museli sme teda konštatovať, že systém si vyžaduje ešte ďalšiu optimalizáciu.

terraHORSCH: A to je pichliač v porovnaní s inými rastlinami ešte dobre rozoznateľný.
Theodor Leeb: To je pravda. Pre ľudské oko je ľahko rozoznateľný a človek ho vie aj rozlíšiť. Rozdiel medzi jednoklíčnolistovými a dvojklíčnolistovými rastlinami je skutočne veľmi veľký. Ale ak chceme rozpoznať psiarku od pšenice, bude to ťažšie. Tu sa podľa okolností už dostávame na hranice možného. Existujú ale ešte ďalšie technické obmedzenia. Dôležitým bodom je veľkosť takzvaného spotu, teda najmenšia možná plocha, ktorú je možné striekať. Teoreticky by sa najväčší potenciál úspor ponúkal, ak by sme každú malú burinu ošetrili na efektívnej postrekovej ploche, napr. 5x5 cm. Pretože ale pracujeme s plošnými postrekovačmi, pri ktorých sú trysky namontované s rozstupom 50 cm alebo 25 cm, je minimálna šírka spotu 60 cm, resp. 35 cm podľa rozdelenia trysiek. A vzhľadom na to, že sa trysky nemôžu spínať ani nekonečne rýchlo za sebou, majú spoty v smere jazdy dĺžku cca 50 cm. Pokiaľ sa teda burina nachádza vo vzdialenosti menšej ako 50 cm, nebude sa systém vypínať. Pre potenciál úspor je teda rozhodujúci pomer medzi veľkosťou spotu a hustotou buriny. Ďalšie obmedzenia súvisia s fyzikou, resp. optikou. Zoberme si napríklad repu: Pri nej je veľmi dôležité, aby sa burina rozpoznala čoskoro, teda keď má veľkosť jeden centimeter alebo ešte menej. Teoreticky je možné tieto nepatrné rastliny pomocou systému rozpoznať, museli by sme ale ísť veľmi pomaly a pozerať sa pozorne naozaj zo všetkých strán. V praxi sú však obvyklé pracovné rýchlosti 10 km/hod a viac. Aby bola zaistená dostatočná reakčná doba, smerujú kamery šikmo vpred. Pokiaľ sa potom pred malou burinou nachádza nejaká väčšia hruda hliny alebo je burina skrytá za inou, väčšou rastlinou, nebude ju kamera môcť rozpoznať. 100 % záchyt sa teda nedá dosiahnuť. Otázkou teda je, čo je akceptovateľné. Stačí 90 %? Aktuálne to skrátka ešte nevieme.

terraHORSCH: Téma je teda momentálne limitovaná vstupnými údajmi a fyzikou.
Theodor Leeb: Áno, ale je tu ešte tretí, rovnako zaujímavý aspekt, ktorý treba vyriešiť. U mnohých riadkových plodín je rozšírenou praxou, že po sejbe sa plošne aplikuje pôdny herbicíd. Tým sa na určitú dobu získa základná ochrana. Burina, ktorá vzíde po dvoch až troch týždňoch, sa potom ošetrí listovým postrekom. Ak by som sa teraz pôdneho herbicídu vzdal, musel by som logicky čakať, až burina vyrastie, aby som ju mohol detekovať pomocou kamery. A teraz si vezmime, že rastúcu burinu budeme striekať listovým bodovým postrekom: problémom pritom je, že prostriedky pôsobiace cez listy negatívne ovplyvňujú vývoj kultúrnej plodiny. A jej zasiahnutiu sa nedá zabrániť, napr. pokiaľ burinu rastie v blízkosti repy. Okrem toho sa v priebehu doby objavujú stále ďalšie buriny. Otázka teda znie: Ako často musíme plochy bodovo striekať, napr. aby repné pole zostalo čisté? My sme ešte neskúšali pôdny herbicíd úplne vynechať. Podľa mňa ale nemá zmysel sa pôdneho herbicídu pri repe zriekať. Zmysluplná by snáď mohla byť určitá kombinácia, tzn. ako prvé opatrenie plošný pôdny herbicíd a ďalej potom bodové postreky s pomocou kamery. Zaujímavá mi pripadá aj myšlienka akceptovať určitú mieru škôd, napr. tolerovať určité buriny alebo trávy, ktoré kamera klasifikuje, ktoré by pre múdro zvolený osevný postup v budúcej sezóne nepredstavovali žiadny problém alebo sa dali ľahko ošetriť. Tu sa podľa mňa skrýva veľký potenciál úspor. Je však ešte nutné tento systém ďalej vyvíjať, pretože okrem samotnej detekcie je nutná aj klasifikácia buriny.

terraHORSCH: Teraz ste ako príklad uviedli herbicídy. Sú aj iné oblasti, kde je možné si to predstaviť?
Theodor Leeb: Napríklad v prípade chorôb rastlín by sa mohli pri obilí aplikovať fungicídy špecifické pre danú plochu alebo aj regulátory rastu. K tomu ale nie je potrebný takto sofistikovaný systém bodového postreku, pretože sa to týka väčších oblastí. Na toto použitie máme náš pulzný systém PrecisionSpray s variabilným aplikačným množstvom pre každý 3 metrový úsek ramien. Existujú ale aj metódy na detekciu chorôb pomocou kamery. Otázkou skôr je, či potom už nie je príliš neskoro. Tu sa prikláňam skôr k aplikácii pomocou biomasy a meteorologických modelov, ktorá je cielenejšia.

terraHORSCH: Ako funguje „Green in Brown“?
Theodor Leeb: V tejto súvislosti sme spoločne s jedným výrobcom z Francúzska vykonávali nejaké pokusy. Táto metóda spočíva v obyčajnom rozlíšení farieb, tzn. sníma sa obraz kamery a analyzuje, ktoré pixely sú zelené a ktoré hnedé, teda čo je rastlina a čo pôda. Zelené úseky sa potom postriekajú. Funguje to dobre, pre strednú Európu však tento systém nehrá takú úlohu, pretože tu sa vo väčšej miere vykonáva obrábanie pôdy a podmienky sú tu skôr mokré.

terraHORSCH: Môžete to vysvetliť podrobnejšie?
Theodor Leeb: Na miestach s vysokými výnosmi sa po zbere spravidla obrába strnisko, aby sa do pôdy zamiešala slama. Po niekoľkých dňoch alebo týždňoch potom z vytrúsených zŕn vzíde obilie a tiež buriny. To znamená, že pole je po celej ploche viac či menej zelené. Bodový postrek potom nedáva zmysel, pretože rastliny sú príliš nahusto. Bolo by teda nutné vykonať celoplošné ošetrenie, a nielen bodové. V suchých oblastiach, kde sa pôda obrába väčšinou bezorbovo, to vidím inak. Tu sa po zbere pôda nenaruší. Pretože je tam veľmi sucho, rastie tu aj málo buriny alebo obilia z vytrúsených zŕn. A to sa už dá namiesto plošného postreku cielene pracovať s kamerovým systémom, napr. kvôli úspore nákladov pri striekaní jednotlivých rastlín glyfosátom. Okrem „Green on Brown“ a „Green in Green“ existuje ešte ďalšie rozdelenie, konkrétne online a offline metóda. To, čo sme tu doteraz opisovali, sú online postupy, tzn. na ramenách sú kamery a systém pri prejazde poľa rozhoduje, či striekať, alebo nie. V prípade offline postupu sa informácie získavajú pri predchádzajúcom skenovaní. Spravidla nad poľom preletí dron vybavený kamerou s vysokým rozlíšením a z výšky cca 20 metrov pole naskenuje. Pomocou algoritmu sa potom na tejto podrobnej snímke rozlíši burina od plodiny. Výstupom zo systému je aplikačná karta s oblasťami, kde sa má postrek vykonať. Tieto informácie sú potom načítané do terminálu stroja a pole je ošetrené. Funguje to podobne ako aplikačné karty na hnojenie. Tiež offline systémy už nejaký čas skúšame s jedným startupom. V zásade funguje aj tento systém, ale je tu zopár kritických bodov. Napríklad, ak chceme striekať, musíme mať k dispozícii aktuálne údaje. Nie je k ničomu preletieť dronom nad poľom o štrnásť dní skôr, pretože medzitým sa pokrytie burinou zmení. Ďalšia prekážka opäť súvisí s fyzikou. Kvôli použitej metóde musia byť spoty pre záchyt buriny väčšie, pretože sa GPS tolerancie dronu a postrekovača sčítajú. Väčšie spoty ale zase znamenajú väčšie striekané plochy a tým predstavujú menší potenciál úspor. Ďalšou výzvou sú obrovské množstvá dát. Na jeden hektár sú to gigabyty, ktoré sa odosielajú na server a tam sa počítajú. Súčasné internetové pripojenie pritom často narazí na svoje limity. Aplikačné karty potom musia späť do terminálu poľnohospodára. Podľa počtu polygónov (spotov) sú ale s aktuálnymi terminálmi ISOBUS možné iba aplikačné karty s veľkosťou menšou ako 5 hektárov. To znamená: Technicky alebo technologicky je offline metóda možná, v praxi je však potrebný ešte viac času na optimalizáciu postupov. A predovšetkým potrebujeme riešenie pre veľké množstvo dát. Poprípade musíme nájsť paralelnú cestu k ISOBUS.

terraHORSCH: Ako by ste to všetko zhrnuli?
Theodor Leeb: Podľa môjho názoru je bodový postrek ďalším logickým krokom, ako splniť budúce požiadavky v súvislosti s Green dealom, ochranou životného prostredia a udržateľnosťou. Prechádzame teda od plošnej aplikácie cez pásovú aplikáciu k maloplošným bodovým postrekom. Cieľom je vykonávať aplikáciu vždy len tam, kde je to potrebné. K tomu môžu účinne pomôcť systémy s podporou kamier, či už sa jedná o online alebo offline systémy. Intenzívne pracujeme na optimalizácii týchto systémov a vykonávame ďalšie skúšky, pri ktorých zbierame skúsenosti. Našou úlohou je previesť to, čo je technologicky možné, do praxe, aby poľnohospodári mohli tieto postupy pri svojej každodennej práci bezpečne a ľahko používať. Bodový postrek je ďalším dielikom v optimalizácii klasickej ochrany rastlín. Aj tu však vidím limity pre to, čo je uskutočniteľné, pretože na poli nepanujú normované, priemyselné, konštantné podmienky.
Môj záver znie: Príroda vždy zostane prírodou. A príroda si nedá vnútiť priemyselný či digitálny korzet.