Способ лазерной обработки растений с беспилотного летательного аппарата
METHOD FOR LASER TREATMENT OF PLANTS WITH UNMANNED AERIAL VEHICLE

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для обработки сельскохозяйственных и лесных насаждений лазерным излучением.
Известен способ промышленного возделывания сельскохозяйственных культур с использованием лазерного облучения, в котором при помощи специальной рамки лазерную установку навешивают на транспортное средство (трактор), от бортовой сети которого (аккумулятор 12 В) осуществляют питание. Облучение посевов производится при движении трактора по периметру поля или технологической колее (диаметр действия лазерного луча до 800 м). (RU№240663, А01С 1/00, опуб.27.11.2004, Бюл. №33).
Основными недостатками изобретения являются обработка не всей поверхности растений, а отдельных секторов с темновыми паузами после каждого поворота зеркала на 180°, а также высокозатратность, трудоемкость и громоздкость травмирующая растения.
Наиболее близким по своей сущности и взятым в качестве прототипа является способ авиационной лазерной обработки растений в период вегетации, включающий доставку летательного аппарата к месту обработки растений, отличающийся тем, что используют бесплотный летательный аппарат с закрепленным на нем блоком лазера, с блока управления в память беспилотного летательного аппарата заносят данные о траектории и параметрах полета, производят привязку беспилотного летательного аппарата к местности в месте обработки поля и осуществляют лазерную обработку выбранного поля сканирующим кадровым лазерным излучением в виде прямоугольного светового пятна размером 50×1 метр с высоты полета 15 метров, после осуществления обработки беспилотный летательный аппарат возвращается в точку взлета. (RU №2637663, Способ авиационной лазерной обработки растений в период вегетации / Даниловских М.Г., Винник Л.И., Степанов В.М., A01G 1/00, 06.12.2017, Бюл. №34).
Основным недостатком изобретения является маленькая площадь обработки 1 гектар и длительное время обработки 14 минут.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение площади обработки и сокращение времени обработки.
Технический результат - увеличение площади и сокращение времени обработки за счет применения на БПЛА оптомеханического блока лазерной кадровой развертки. Формируемый оптомеханическим блоком лазерной кадровой развертки прямоугольный кадр, максимальный размер которого 350×350 метров с высоты полета 10 метров позволяет обработать максимальную площадь в 12 гектар за время 30 секунд.
Поставленная задача достигается тем, что в способе лазерной обработки растений с беспилотного летательного аппарата, включающем доставку беспилотного летательного аппарата с закрепленным на нем блоком к месту обработки растений и занесение в его память данных, в качестве беспилотного летательного аппарата используют гексакоптер типа Gaia 160AG NO FC с установленным на нем оптомеханическим блоком двухкоординатной сканирующей лазерной кадровой развертки, в память гексакоптера заносят координаты привязки к местности и устанавливают размер окна излучения оптомеханического блока кадровой развертки под заданную площадь обработки, после входа в рабочую точку, расположенную в середине поля на высоте 10 метров, гексакоптер зависает и в течение 30 секунд выполняет лазерную обработку сканирующим кадровым лазерным излучением в виде прямоугольного светового кадра, максимальный размер которого 350×350 метров, после осуществления обработки программа отключает лазер блока кадровой развертки и возвращает гексакоптер в точку взлета.
В качестве БПЛА используется гексакоптер модели «Gaia 160AG NO FC Combo», время полета с одним аккумулятором 60 минут, взлетный вес 23 кг. На гексакоптер к интегрированному подвесу крепится двухкоординатный блок сканирующей лазерной кадровой развертки. В блоке формируется сканирующая кадровая развертка лазерного излучения в виде прямоугольного или квадратного светового пятна с максимальным размером 350×350 метров. На блоке предусмотрена регулировка раскрыва (размера) окна излучения, что дает возможность для регулировки обрабатываемой площади от 0 до 12 гектар. Лазерная обработка осуществляется с высоты полета 10 метров.
Место нахождения поля, его конфигурация и площадь определяются заранее. На основании этих данных оператор с клавиатуры блока управления заносит в память гексакоптера траекторию и параметры полета: скорость полета, высота и конечная точка маршрута.
Затем оператор на автомобиле осуществляет доставку гексакоптера вместе с блоком лазера к месту обработки растений. По прибытии к месту обработки оператор с клавиатуры блока управления заносит в память гексакоптера координаты привязки к местности (начальной точки обработки поля) и устанавливает размер окна излучения блока кадровой развертки под заданную площадь обработки. Полет гексакоптера проходит полностью в автономном режиме. После входа в рабочую точку и набора нужной высоты: середина поля на высоте 10 метров, гексакоптер зависает и в течении 30 секунд выполняет лазерную обработку. Выполнив обработку программа отключает лазер блока кадровой развертки и возвращает гексакоптер в точку взлета.
По сравнению с прототипом время обработки сокращено с 14 минут до 30 секунд.
На фиг. 1 схематично показан способ лазерной обработки картофеля в период вегетации на поле площадью в 10 гектар с гексакоптера.
Пример. В качестве исходного материала для опыта был взят картофель сорта «Весна белая» раннего созревания как один из основных овощных культур, районированных в Северо-Западном регионе.
00
00
Стимуляция картофеля лазерным излучением производилась в ночное время с 24- до 1- часа, обрабатывалось поле в 1 гектар с высоты 10 метров однократно в период вегетации в фазу появления листьев. Результат обработки вегетирующих растений картофеля показал достоверное повышение полевой всхожести картофеля в среднем на 1,7%, к контролю. Сохранность взошедших растений к уборке при этом возрастала на 2,0%.
Выросшие растения отличались более интенсивным развитием надземной массы и ассимиляционной поверхности листьев. Масса ботвы была на 13,6-24,6%, больше, чем в контроле; площадь листьев в расчете на 1 га - на 22,3-24,9 больше, чем в контроле.
Ранние всходы, лучшее развитие надземной массы, формирование большей листовой поверхности обеспечивали повышение продуктивности, а в итоге оказали существенное влияние на урожайность картофеля. Так, лазерная стимуляция увеличивала урожайность клубней на 26,9-30,7% по сравнению с контролем.
Таким образом, стимуляция вегетирующих растений картофеля сорта «Весна белая» низкоинтенсивным лазерным излучением во время вегетации является эффективным приемом повышения урожайности картофеля на 3,51-6,19 т/га по сравнению с контролем 24,75%.
Данный способ способствует стимулированию развития растений на начальных этапах вегетации и как следствие в более поздних этапах роста. Вместе с тем такой способ обработки дает значительное повышение сохранности корнеплодов без дополнительных капиталовложений в овощехранилище.
Данный способ опробован в 2019 г на овощном опытном участке крестьянско-фермерском хозяйстве «Ермолино» Новгородской области.
Изобретение повышает эффективность обработки и позволяет повысить урожайность при снижении затрат на химическую обработку.