Prepoznavanje pojedinačnih biljaka – sistem kamera za budućnost?

Zaštita bilja zasnovana na kamerama – ova tehnologija već postoji, ali kakva je situacija kada je u pitanju njena primena u praksi? HORSCH LEEB već neko vreme vrši testiranja na ovu temu. Theo Leeb nam priča o izazovima i prilikama.

terraHORSCH: Kakvo je stanje tehnologije u pogledu prepoznavanja pojedinačnih biljaka?
Theodor Leeb: Na sajmu Agritechnica 2019. se predstavilo nekoliko startap preduzeća sa svojim sistemom kamera za ciljano prskanje korova („Spot Spraying“). To je kod kupaca, proizvođača i političara stvorilo izvesna očekivanja.
Mi u firmi smo proteklih godina pokušali da se bavimo ovom temom i vidimo gde se tačno nalazimo. Spot Spraying sa optičkim senzorima ili kamerama zapravo nije ništa novo. Ovaj postupak se već oko 20 godina koristi u oblastima sa malo padavina, gde se vrši direktna setva, a to su Australija, Rusija ili Kazahstan – naime u sektoru „Green on Brown“. Postoji i princip „Green on Green“. Dakle, tehnologija već postoji. Pitanje je koji sistem je gde primenljiv.

terraHORSCH: Šta znači „Green on Brown“ i „Green on Green“?
Theodor Leeb: Postoje dva principa: „Green on Brown“ i „Green on Green“. Pritom se „brown“ odn. „braon“ odnosi na zemljište, a „green“  odn. „zeleno“ na biljke, bilo usev ili korov. Tema „Green on Brown“, dakle „zeleno na braon“, postoji već duže vreme. Tu neki proizvođači nude između ostalog sisteme za aplikaciju glifosata pre setve. Ovaj metod se uglavnom koristi u regionima gde se primenjuje direktna setva. Kod metode „Green on Green“, dakle „zeleno na zeleno“, pravi se razlika između useva i korova. Delimično dobijate informaciju koji korov tu raste. Na pitanje koliko smo daleko stigli, mogu reći da smo ove sezone, ali i prošle godine obavili nekoliko testova.
Kod metode „Green on Green“ smo npr. probali da prskamo čičak u usevu pšenice. Čičak po pravilu raste u grupama, a ne po celoj parceli. To je tipičan slučaj za Spot Spraying. U tom testiranju smo želeli da saznamo kako tačno sistem prepoznaje čičak i koliko će biti uspešan u tome. U suštini, moglo bi se reći da sistem funkcioniše. Sistem je prepoznao čičak, ali samo delimično. Uspešnost prepoznavanja je 40-60%. Tu se sad postavlja pitanje da li je to dovoljno. Po meni smo još dosta daleko od uspešne primene u praksi. A kao poljoprivrednik se morate zapitati šta je sa preostalim korovom – da li se može tolerisati ili ne? To naravno zavisi od vrste korova, ali se mora razjasniti.

terraHORSCH: Da li čičak nije uopšte registrovan ili sistem nije reagovao dovoljno brzo i tretirao čičak?
Theodor Leeb: U ovom ogledu smo pravili razliku između „prepoznavanja, ali bez prskanja“ i „potpunog neprepoznavanja“, gde, logično, uopšte nije bilo prskanja. Tu je i pitanje kalibracije sistema. Kod krila od 36 metara, na razmaku od 3 metra imate ukupno 12 kamera, uperenih napred pod uglom. I svaka kamera nadgleda odgovarajući broj dizni. Neke kamere se moraju podesiti na odgovarajući način, kako bi se odgovarajuća dizna otvorila u pravom trenutku.
Pravi problem predstavlja to što sistem nije prepoznao čičak. Najveći izazov predstavlja različito osvetljenje. Odnosno, razliku pravi činjenica da li je oblačno ili sunčano, da li ste okrenuti ka suncu ili vam ono bije u leđa. A vremenski uslovi opet utiču na sam čičak. Na primer, na jakoj sunčevoj svetlosti listovi čička se blago savijaju, što rezultira mnogo nižom stopom prepoznavanja. Tako da smo shvatili da još uvek postoji potreba za usavršavanjem.

terraHORSCH: A pritom je čičak lako prepoznatljiv u poređenju sa drugim biljkama.
Theodor Leeb: To je tačno. Lako je prepoznatljiv ljudskom oku i čovek ga lako razlikuje. Razlika između monokotiledonih i dikotiledonih biljaka je jasna. Ali kada treba razlikovati mačiji rep od pšenice, to već nije lako. Tu dolazimo do granice mogućeg.
Postoje i druga tehnička ograničenja. Važna stvar je najmanja moguća površina koja se može prskati. U teoriji, najveći potencijal za uštedu bi bio u mogućnosti da se prska svaki mali korov na površini od npr. 5x5 cm. Pošto mi radimo sa prskalicama kod kojih su dizne postavljene na razmaku od 50 cm ili 25 cm, dobijamo minimalnu površinu za prskanje od oko 60 cm odnosno 35 cm, zavisno od rasporeda dizni. Pošto dizne ne mogu da se aktiviraju beskonačno brzo, tačke prskanja su dugačke oko 50 cm u smeru kretanja. Ako je rastojanje između korova manje od 50 cm, sistem se neće isključiti. Dakle, za potencijal uštede je od suštinskog značaja veličina mlaza i zastupljenost korova u usevu. Fizika odnosno optika su još dva ograničavajuća faktora. Uzmimo za primer repu. Ovde je veoma važno prepoznati korov u ranoj fazi, odnosno kada je velik 1 cm ili čak i manji. U teoriji je moguće otkriti ovu sićušnu biljku pomoću sistema, ako vozite veoma sporo i zaista je pogledate sa svih strana. Međutim, u praksi su uobičajene radne brzine od 10 km/h i više. Kako bi imale dovoljno vremena da reaguju, kamere su usmerene u napred pod kosim uglom. Ali, ako se ispred korova nalazi velika grudva zemlje ili ako druga velika biljka zaklanja korov, kamera ga neće detektovati. Dakle, ne možete postići uspešnost detekcije od 100%. Sada je pitanje koliki procenat je prihvatljiv. Da li je 90% dovoljno? Trenutno to jednostavno ne znamo.

terraHORSCH: Dakle trenutno ovu temu ograničavaju podaci i fizika.
Theodor Leeb: Da, ali tu se javlja i treća stvar. Kod mnogih okopavina je dobra stručna praksa da se nakon setve primeni zemljišni herbicid, što garantuje osnovnu zaštitu na određeno vreme. Korov koji nikne posle dve do tri nedelje se zatim tretira sredstvima za folijarnu primenu. Ako odlučimo da ne koristimo zemljišni herbicid, logično je da moramo sačekati da korov poraste kako bi ga kamera otkrila. Pretpostavimo da korov koji je izrastao prskamo metodom Spot Spraying. Tu je problem što folijarni herbicidi ometaju razvoj useva. Prskanje se ne može izbeći ako je korov blizu repe. Osim toga, vremenom se stalno pojavljuju novi korovi. Dakle, pitanje je koliko često moramo prskati, da bi usev bio čist? Još nismo probali da izostavimo zemljišni herbicid. Po mom mišljenju nema ni smisla to raditi. Smisla ima kombinovanje, dakle prva mera je površinski zemljišni herbicid, a zatim slede Spot Spraying sistemi zasnovani na kamerama. Mislim da je zanimljiva ideja prihvatanja određenog stepena štete odnosno tolerisanja određenih korova, koje kamera klasifikuje, zato što sa pametno isplaniranim plodoredom ne predstavljaju problem u narednoj sezoni ili se onda lako tretiraju. Mislim da tu postoji veliki potencijal za uštedu. Međutim, ovde je potrebno još dosta razvoja, jer je pored običnog prepoznavanja potrebna i klasifikacija korova.

terraHORSCH: Sada smo čuli primer herbicida. Da li postoje druge oblasti u kojima to možete zamisliti?
Theodor Leeb: U slučaju bolesti biljaka, na primer, mogu se na žitarice primeniti fungicidi specifični za područje ili regulatori rasta. Ali za to nije potreban fino podeljen sistem za prskanje, pošto je ovde reč o većim površinama. Za tu primenu imamo naš PrecisionSpray sa varijabilnim doziranjem na svakih 3 m krila. Ali postoje metode prepoznavanja bolesti pomoću kamera. Pitanje je da li je za to već kasno. Po meni je svrsishodniji pristup koji koristi biomasu i modele vremenskih uslova.

terraHORSCH: Kako funkcioniše „Green in Brown“?
Theodor Leeb: Što se ovoga tiče, sproveli smo zajednička istraživanja sa jednim proizvođačem iz Francuske. Postupak se bazira na razlikovanju boja. Dakle, imamo jednu sliku i analiziramo koji pikseli su zeleni, a koji braon, da li je biljka ili zemlja. Zatim se prska zelena površina. To je dobro funkcionisalo, doduše ovaj sistem nije toliko značajan u Srednjoj Evropi, pošto se više sprovodi obrada zemljišta i uslovi rada su vlažni.

terraHORSCH: Možete li to malo detaljnije objasniti?
Theodor Leeb: Na mestima sa visokim prinosima posle žetve se obično sprovodi obrada strnjišta, kako bi se umešali žetveni ostaci. Kroz nekoliko dana ili nedelja nići će samonikle žitarice ili korov. To jest, parcela će biti manje-više zelena. U tom slučaju ciljani tretman biljaka nema smisla, jer su biljke međusobno preblizu. Morali biste tretirati čitavu površinu, a ne samo konkretna mesta. Stvari su drugačije u sušnim krajevima, gde se uglavnom praktikuje direktna setva. Tu posle žetve nema obrade. Pošto je veoma suvo, korova i samoniklih žitarica je malo. Tu možete raditi sa sistemom kamera – umesto da prskate celu površinu, glifosatom možete prskati konkretne biljke i tako smanjiti troškove.
Pored „Green on Green“ i „Green on Brown“ postoji još jedna razlika, a to su oflajn i onlajn procedure. Do sada smo opisivali onlajn procedure, odnosno imate kamere na krilu i sistem odlučuje da li će prskati ili ne.
Kod oflajn procedure, informacije se povlače od prethodnog procesa skeniranja. Po pravilu letite iznad parcele dronom opremljenim kamerom visoke rezolucije i skenirate područje sa visine od oko 20 m. Trenutno se koristi algoritam za razlikovanje između korova i useva. Ovaj sistem pravi mapu sa oblastima koje treba prskati. Ove informacije se zatim učitavaju u terminal mašine i parcela se tretira. Ovo funkcioniše na sličan način kao i aplikacije za đubrenje.
Već neko vreme izvodimo testove sa oflajn sistemima. U suštini, i ovaj sistem funkcioniše, ali ima nekoliko prepreka. Na primer, kada želite da prskate morate imati aktuelne podatke. Nema svrhe leteti dronom iznad parcele 14 dana pre samog prskanja, jer će se populacija korova u međuvremenu promeniti. Druga prepreka je fizičke prirode. Kod ove procedure tačke koje se tretiraju moraju biti veće da bi pogodile korov, jer se GPS tolerancije drona i prskalice sabiraju. Međutim, veće tačke znače veću površinu za prskanje, a time se smanjuje potencijal za uštedu. Veoma velike količine podataka predstavljaju dodatni izazov, generišu se gigabajti po hektaru koji se šalju i server da se tamo opet preračunaju. Trenutne internet veze ovde često dostižu svoje granice. S druge strane, mape aplikacija se moraju poslati nazad na terminal rukovaoca.  U zavisnosti od broja poligona (spotova), sa trenutnim ISOBUS terminalima su moguće samo mape aplikacije manje od 5 hektara.
Znači oflajn procedura je moguća tehnički ili tehnološki. U praksi je potrebno malo više vremena za optimizaciju procesa i pre svega su nam potrebna rešenja za velike količine podataka. Možda ćemo morati i da pronađemo paralelni put do ISOBUS-a.

terraHORSCH: Koji je Vaš zaključak za kraj?
Theodor Leeb: Mislim da je logično da Spot Spraying bude sledeći korak ka Zelenom dogovoru, zaštiti životne sredine i održivosti. Logično je da od tretiranja površine preko prskanja u trake dođemo do preciznog Spot Sprayinga. Cilj je prskanje samo tamo gde je to neophodno. U tom slučaju dobre rezultate može dati sistem zasnovan na kamerama bilo onlajn ili oflajn.
Intenzivno radimo na optimizaciji ovih sistema i sprovodimo testove. Naš zadatak je da moguće sprovedemo u delo, i da ovi postupci budu sigurni i laki za upotrebu u svakodnevnom radu. Tako Spot Spraying može postati temelj optimizacije klasične zaštite bilja. S druge strane, ograničava nas činjenica da na njivi ne postoje normirani, nepromenljivi uslovi rada.
Moram zaključiti da priroda ostaje priroda, a onda ne dozvoljava da se sapne u industrijski ili digitalni korset.