Drooneista tehokas työväline nurmien viljelyyn

Paikkatietokeskus FGI on parina viime kesänä kuvannut ahkerasti nurmikasvustoja miehittämättömillä lentolaitteilla eli drooneilla. Takana on satakunta kuvauslentoa. Tavoitteena on ollut kehittää kaukokartoitusmenetelmä, joilla nurmien sadon määrä ja laatu ja niiden vaihtelu saadaan määritettyä nopeasti ja tarkasti jo kasvustosta pellon eri osissa.

Paikkatietokeskuksen tutkija valmistelee droonia lennolle.
Paikkatietokeskuksen tutkija valmistelee droonia lennolle.
Kuva:
Julia Hautojärvi

Tärkeitä laatutekijöitä ovat erityisesti sulavuus ja kasvuston typpipitoisuus. Sulavuudella on suuri vaikutus nurmen rehuarvoon, ja typpipitoisuudella on merkitystä karjan ruokinnassa. Typpipitoisuudesta ja sadon määrästä voidaan tulkita kasvuston ottamaa ravinnemäärää ja lannoitustarvetta seuraavalle sadolle. Työtä on tehty läheisessä yhteistyössä Luonnonvarakeskuksen kanssa, joka on toiminut nurmiviljelyn asiantuntijana ja tuottanut ominaisuuksiltaan vaihtelevia nurmikasvustoja tutkimustyötä varten.

– Olemme osoittaneet, että droonien sensoreiden ja koneoppimisen avulla nurmen määrä- ja laatuparametrit pystytään mittaamaan tarkasti. DroneFinland-ryhmämme on kehittänyt välineet, joilla pystymme reaaliajassa kertomaan tarvittavat tiedot ja lähettämään tiedot suoraan viljelijälle tai suoraan työkoneelle, jos niin halutaan, kertoo tutkimuspäällikkö Eija Honkavaara Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksesta.

Maatalousyrittäjä hyötyy

Nurmenmittauksessa nopeus on valttia, koska nurmen sulavuus voi heikentyä merkittävästi jopa yhden päivän aikana. Nurmisato kasvaa erittäin nopeasti alkukesällä ennen ensimmäistä korjuuta säilörehuksi. Valitettavasti samalla sen laatu heikentyy vauhdilla. Riittävän suuren ja laadultaan hyvän säilörehun saanti on Suomen runsaalle 9000 lypsy- ja naudankarjatilallisille erittäin tärkeää.

– Tämä on todella merkittävä läpimurto. Nurmien lohkokohtaiset hehtaarisadot tunnetaan maatiloilla huonosti, koska satomittaukset ovat vaivalloisia ja nurmet niitetään 2 - 3 kertaa kesässä. Laadun muuttumisesta on kasvustonäytteiden ottoon ja nurmien kasvumalleihin perustuvia kuntakohtaisia ennustepalveluja. Nurmisadon määrän ja laadun arvio kasvustosta juuri ennen korjuuta on todella iso edistysaskel. Menetelmä antaa uusia mahdollisuuksia myös tutkimukseen, muun muassa maatilakokeiden toteuttaminen helpottuu, toteaa erikoistutkija Oiva Niemeläinen Luonnonvarakeskuksesta.

Niemeläinen on ollut päävastuussa nurmikokeiden käytännön järjestelyistä.

– Uusilla menetelmillä tulokset saadaan suoraan digitaalisessa muodossa, haluttaessa jopa jokaiselle pellon neliölle. Jos kartoitustulosten yleistettävyys ja luotettavuus laajoille aloille on samaa luokkaa kuin kokeissamme, on sillä erittäin suuri merkitys, Nieminen kertoo.

Säilörehunurmia viljeltiin 571 500 hehtaarilla vuonna 2018. Nurmet niitetään kahdesta kolmeen kertaa kesässä, ja kokonaissato oli viime vuonna 7,3 miljardia kiloa Luonnonvarakeskuksen satotilastoinnin mukaan.

– Kartoitustulosten saanti nopeasti viljelijän käyttöön on vaatimus, jotta tiedot ennättävät vaikuttaa kasvukauden aikaisiin viljelypäätöksiin korjuun ajoituksessa ja nurmen lannoituksessa.  Tällä on suurta rahallista merkitystä maatalousyrittäjälle, Niemeläinen tiivistää.

Taustalla useita tutkimushankkeita

Uusia menetelmiä on kehitelty tutkimushankkeissa jo muutaman vuoden ajan. Business Finlandin rahoittama DroneKnowledge-hanke kehitti nopeita laitteistoja, algoritmeja ja koneoppimismenetelmiä.

Suomen Akatemian rahoittamassa kärkihankkeessa "Kvantitatiivista 3D hyperspektristä kaukokartoitusta miehittämättömillä ilma-aluksilla - Teoriasta käytäntöön" kehitettiin puolestaan kalibrointimenetelmä, jonka avulla esimerkiksi laatutekijät voidaan päätellä kameran mittaamista väreistä lähes säällä kuin säällä.

Lisäksi tutkimusyhteistyötä ja tiedonvaihtoa tehtiin irlantilaisten, tanskalaisten ja sveitsiläisten kanssa Euroopan Unionin rahoittamassa ICT-AGRI hankkeessa ”GrassQ - Development of ground based and Remote Sensing, automated ‘real-time’ grass quality measurement to enhance grassland management information platforms”.

Kolmessa tutkimushankkeessa on kehitetty menetelmiä, joiden avulla nurmien viljelyä tehostetaan. Menetelmien käyttöönotto vaatii vielä jatkokehitystä muun muassa kartoitustulosten yleistettävyydestä ja tulosten nopeasta käsittelystä päätöksenteon tueksi. Hankkeista saadut tulokset ovat erittäin kannustavia.

– Tämä meidän tutkimus on osa suurempaa kokonaisuutta, jossa pyritään kohti kestävää, terveellistä ja ilmastoneutraalia maataloustuotantoa. Nurmimailla ja niiden hiilensidonnalla on tässä tärkeä rooli, ja kaiken kaikkiaan uusi kaukokartoitus- ja robottitekniikka mahdollistaa läpimurrot tässä kehityksessä, toteaa Honkavaara.

Kustannukset vielä alemmas automatisaatiolla

– Menetelmiä pitää vielä tehostaa ja viedä laajamittaisemmin oikeille pelloille. Kuvausten tekeminen pellon laidalta käsin on ollut mukavaa vaihtelua toimistotyölle, mutta maatalousyrittäjälle tärkeää olisi, että lentotoiminta olisi autonomista ja että laajat alueet saataisiin katettua nopeasti, tuumii tutkija Roope Näsi, joka vastasi suuresta osasta DroneFinland-hankkeessa tehdyistä lennoista.

Pelkät kartat eivät riitä, vaan mittaustiedot pitää jalostaa käytettäväksi maatilan käytännön päätöksissä.

– Tähän tarvitaan monipuolisia tekoälyratkaisuja viljelijän antamien reunaehtojen pohjalta. Koneet pitää saada ymmärtämään miten, missä ja milloin kannattaa toimia, kun tieto määrästä ja laadusta saadaan, kertoo tutkija Jere Kaivosoja Luonnonvarakeskuksesta.

Nurmet ovat monilajisia seoskasvustoja ja kartoituksia tehdään vaihtelevissa sääolosuhteissa. Erilaisissa olosuhteissa tehtyjen kuvantamisten tulosten tulkinnassa sadon määräksi ja laatuomaisuuksiksi on vielä työsarkaa, ennen kuin menetelmä on käytännön viljelyyn yleisesti sovellettavissa. Muun muassa kasvuston koostumuksen vaikutus vaatii testauksia tulkintojen yleistettävyydestä.

Lisätietoja

Tutkimuspäällikkö Eija Honkavaara, 040 192 0835, etunimi.sukunimi@maanmittauslaitos.fi
Erikoistutkija Oiva Niemeläinen, 040 148 4657, etunimi.sukunimi@luke.fi

Tervetuloa testaamaan omia laitteistoja kesän aikana pidettäviin Drone Olympics 2019 -kisoihin! Mukana myös Luonnonvarakeskuksen ja Paikkatietokeskuksen nurmihaaste.

Kansainvälisessä konferenssissa kesäkuussa julkaistu artikkeli nurmen laadun ja määrän määrittämisestä dronejen avulla (englanniksi)

Uusimmat uutiset ja blogit