Odborný partner
„Je zásadní zdůrazňovat tyto aspekty, protože společenské vnímání zemědělství bývá často omezeno pouze na zajištění potravin, aktivity zemědělců jsou přitom důležité například pro péči o krajinu a řadu dalších oblastí,“ uvedl v úvodu online semináře s názvem Digitální zemědělství pro zvýšení konkurenceschopnosti a podporu biodiverzity Ing. Jan Lukeš, PhD., z Národního centra zemědělského a potravinářského výzkumu. Akci uspořádal Zemědělský svaz ČR.
Rozvoj nových poznatků
Podle jeho slov, úspěch zemědělství v nasycení obrovského množství lidí na planetě je dán rozvojem nových poznatků a technologií. Tento resort prošel vývojem od Zemědělství 1.0 s dominancí lidské a zvířecí práce, přes mechanizaci a automatizaci až k dnešnímu Zemědělství 4.0, které využívá digitalizaci, internet a umělou inteligenci.
„Stále dostupnější jsou různé moderní technologie,“ pokračoval J. Lukeš. „Příkladem mohou být autonomní kultivátory pro mechanické potlačování plevelů, které lze úspěšně využít i na velkých polích. Rozvíjí se i robotické farmy, často v podobě vertikálního pěstování třeba salátu či jiných plodin, které jsou náročné na energii, ale mohou řešit nedostatek půdy a umožnit pěstování přímo ve městech. Tato skleníková hospodářství využívají roboty a vizuální systémy pro komplexní péči a sklizeň, často zcela bez přímého lidského operátora.“
Dalším příkladem mohou být roboty v sadech, které umí zase počítat květy, redukovat násadu plodů nebo mechanicky sbírat škůdce či šetrně sklízet choulostivé plody, jako jsou například maliny. V živočišné výrobě stále širšího uplatněné nacházejí dojicí roboty, které se úspěšně využívají již několik desetiletí. Zajímavým hybridním využitím ploch je potom agrovoltaika, která kombinuje pěstování s výrobou elektřiny. Dnes běžně dostupná technika zahrnuje i autonomní traktory a autopiloty. Efektivní využití všech těchto systémů ovšem naráží na personální zabezpečení, je především nedostatek odborníků s potřebnými znalostmi.
Precizní zemědělství
Klíčovým konceptem současnosti je podle vyjádření J. Lukeše rozvoj precizního zemědělství. „Ačkoli nejde o zcela nový systém, nabývá na stále větším významu díky dostupnosti nástrojů pro analýzu rozmanitosti pozemků. Zemědělci mohou využívat satelitní data nebo data z dronů k analýze polí, stanovení managementových zón a tvorbě aplikačních map pro cílené hnojení nebo ochranu rostlin. Senzory na kombajnech vytvářejí výnosové mapy, které slouží jako zpětná vazba. Tento systém je založen na GPS, geoinformačních technologiích a internetu. Základním cílem je přinést ekonomický prospěch, tedy úsporu materiálů či vyšší výnos, a rovněž dlouhodobě chránit přírodní zdroje, tedy půdu, vodu, biodiverzitu,“ dodal J. Lukeš.
Navzdory technologickým úspěchům zemědělství ale čelí globálním negativním dopadům, jako je ztráta biodiverzity, znečištění vody hnojivy, rezidua pesticidů a zvýšená produkce skleníkových plynů. S těmito problémy se podle řečníka vypořádáváme s různou mírou úspěšnosti. Studie ukazují, že česká příroda utrpěla hlavně z hlediska biodiverzity. Ohrožujícími faktory pro biotopy v České republice je zvláště zarůstání některých ploch, přehnojení dusíkem z atmosférického spadu a také rozšiřování problematických invazních druhů jak rostlin, tak i živočichů. „Hlavní výzvou je zajistit trvale udržitelnou produkci pro budoucí generace tak, aby nebyly vyčerpány zdroje. To vyžaduje balancování mezi produkcí, ekonomickou efektivitou a péčí o přírodní systémy, jako je voda či biodiverzita, a sociální prostředí. Kromě precizního zemědělství se jako odpovědi na výzvu udržitelnosti zmiňují i ekologické zemědělství, uhlíkové nebo regenerativní zemědělství,“ dodal J. Lukeš.
Lidský kapitál
Zdůraznil rovněž, že jakákoli technologie a jakkoli pokročilá není nic, pokud s ní nepracují odborníci s potřebnými agronomickými, biologickými a ekonomickými znalostmi. Pro obsluhu moderních strojů je podle něj nedostatek vyškoleného personálu, což je brzdou pro rozvoj autonomních systémů. Důležitá je také komunikace a akceptace zemědělské činnosti ze strany společnosti, včetně vnímání tradičních aspektů venkovského života.
„Pravdou je, že zemědělství je dynamický sektor, který se neustále vyvíjí. Technologie, jako je digitalizace a robotika, nabízejí nové možnosti pro zvýšení efektivity a dosažení udržitelnosti. Nicméně tyto nástroje vyžadují kvalifikované lidi a širší společenské pochopení komplexní role zemědělství v krajině a společnosti. Cesta k udržitelné budoucnosti vede přes kombinaci moderních technologií, tradičních znalostí a aktivní péči o životní prostředí,“ zdůraznil J. Lukeš.
Moderní technologie, zejména různé typy senzorů nesené na různých platformách, představují významný doplněk k tradičním agronomickým znalostem a postupům v zemědělství. Tyto nástroje umožňují sběr velkého množství dat, která lze efektivně zpracovávat, analyzovat a interpretovat pro informované rozhodování. V další části přednášky se proto Jan Lukeš zabýval technickými prvky, zpracováním a aplikačními systémy, které se dnes se již v zemědělství využívají.
Technická řešení
V prvé řadě jmenoval tak zvané RGB senzory, což jsou základní kamery, podobné těm v mobilních telefonech, které poskytující vizuální data. Multispektrální kamery zase snímají v širším spektru než v režimu RGB, včetně blízkého infračerveného záření. Mají spektrální rozlišení v řádu 20 až 30 nanometrů (nm). Hyperspektrální senzory zase nabízejí velmi vysoké rozlišení v řádu jednotek nanometrů (2-10 nm). Umožňují identifikaci konkrétních druhů rostlin na základě jejich spektrálních křivek. Termální senzory (kamery) měří zase povrchovou teplotu rostlin. V kombinaci s dalšími informacemi (např. s teplotou vzduchu) umožňují interpretovat stav rostlin. Aktivní senzor LiDAR je zase schopný velmi přesně měřit skutečnou výšku porostu (na centimetry či milimetry).
Tyto senzory mohou být neseny na různých platformách. Například bezpilotní prostředky, tedy drony, poskytují snímání z nízké výšky s relativně vysokým prostorovým rozlišením. Využívají se pro snímání konkrétních pozemků a lze s nimi přesně plánovat výšku letu, případně překryvy. Existují i postřikovací drony pro aplikaci látek, jejichž technologie se vyvíjí a vylepšuje, např. využití LiDARu pro udržování výšky a přesnou aplikaci. Jak ale J. Lukeš dodal, legislativní omezení v České republice zatím brání jejich širšímu nasazení.
Další možností jsou satelitní platformy, které snímají značné plochy z velké vzdálenosti. Prostorové rozlišení bývá však nižší než u dronů, ale pro mnoho aplikací je dostatečné. Data mohou tak být dostupná, jak se říká, „od stolu“.
Existuje rovněž řad ruční prostředků, což jsou většinou přenosná zařízení pro bodové měření nebo měření malých ploch (např. Green Seeker pro NDVI z plochy, Plant Pen pro NDVI z konkrétního listu, ruční termokamera atd.). Jsou snadno dostupné a relativně levné, ale vyžadují fyzickou přítomnost na poli a výběr míst pro měření.
Zpracování a interpretace dat
Získaná obrazová a senzorová data potom vyžadují zpracování, analýzu a interpretaci. Lze takto získat vegetační indexy, jež vznikají zpracováním dat z multispektrálních kamer pomocí jednoduchých vzorečků, které pracují s jednotlivými spektrálními pásmy (např. blízké infračervené, zelené, modré, červené). Tyto indexy často vypovídají o obsahu chlorofylu, biomase, zapojenosti porostu nebo pokryvnosti pozemků. Hodnoty indexů se často převádějí do barevných škál pro snazší vizuální interpretaci.
Spektrální data se využívají k získání vodních indexů k interpretaci vláhového stavu rostlin, například zda trpí suchem. Termální stresové indexy vznikají při snímání termokamerami a interpretují teplotu povrchu rostlin. Plodiny s dostatkem vody transpirují a mají nižší teplotu; při nedostatku vody naopak zavírají průduchy, omezují transpiraci a teplota stoupá. To umožňuje včasnou identifikaci vodního stresu. Výšku porostu lze interpretovat z RGB snímků s určitou nepřesností pomocí stereometrie nebo přesně měřit pomocí LiDARu7.
Ke zpracování uvedených dat slouží různé programy, jako komerční Pix 4D, Pix Field, WebODM nebo volně dostupné, jako je ImageJ. Tyto programy umožňují nahrávání snímků, jejich zpracování (vytváření ortofotomozaik, 2D a 3D modelů), základní i pokročilé úpravy, tzv. prahování (převod na binární obraz), filtrování, počítání objektů, měření (plochy, objemy, výšky, délky) a automatizaci procesů.
Aplikace v zemědělství
V poslední době v praxi nacházejí široké uplatnění řada aplikací. Jde například o monitoring růstu a vývoje, tzn. fenotypování, což umožňuje sledovat dynamiku kvetení, odkvétání a vývoje různých odrůd. Senzory pomáhají rovněž včas odhalit napadení chorobami (např. virovou zakrslostí) a škůdci. Termokamery mohou zase identifikovat napadení viry na základě teplotních změn.
Spektrální data dále odlišují plodiny od plevelů, a dokonce rozpoznávají jednotlivé druhy plevelů nebo rostlin. Vytvářejí se také mapy variability pole z hlediska např. výnosového potenciálu, stavu výživy, výskytu chorob nebo plevelů. Na základě těchto map lze sestavovat aplikační mapy pro cílenou aplikaci hnojiv nebo přípravků na ochranu rostlin, a to jen tam, kde je to potřeba. Tím se eliminuje plošná aplikace a zvyšuje se tak efektivita použitích prostředků na ochranu rostlin.
Vizuální data umožňují kontrolovat kvalitu polních prací, jako je setí, identifikovat nepravidelnosti, jako například zastavení stroje, překryvy, vynechaná místa. Další technologické aplikace se využívají rovněž k hodnocení vlastností a reakcí velkého množství odrůd při jejich šlechtění na malých plochách, např. jejich odolnosti vůči chorobám nebo reakce na prostředí.
