Một trong những xu hướng phát triển mạnh tới thời điểm hiện tại đó là sử dụng UAV như một công cụ hữu hiệu trong việc giám sát và quản lý mùa vụ nông nghiệp, là một trong những nhiệm vụ thiết yếu trong đảm bảo an ninh lương thực. Cuba Quốc gia với nền kinh tế đang bắt đầu có những bước chuyển mình mạnh mẽ đã mạnh dạn triển khai các kỹ thuật và công nghệ mới vào lĩnh vực nông nghiệp, GeoCuba là đơn vị mới đây đã thực hiện thành công ứng dụng kỹ thuật UAV phục vụ các mục tiêu nông nghiệp. Dự án thử nghiệm vừa triển khai mới đây tại Cuba là dự án hợp tác với Công ty Uniintex_Ginus, Liên bang Nga đã chứng minh rõ ràng hơn khả năng ứng dụng của kỹ thuật tiên tiến này tại một Quốc gia mang nhiều tính đặc thù như Cuba.
Cuba có diện tích đất phủ trùm xấp xỉ 110.000 km2, trong đó hai phần ba đang được canh tác liên tục. Với sản lượng mía đường hàng năm đạt 5 triệu tấn, Cuba là một trong những nhà xuất khẩu đường lớn trên thế giới. Ngày nay, năng suất nông nghiệp được Cuba tạo ra mới chỉ đạt một phần ba so với tiềm năng, tuy nhiên Quốc gia này cũng định hướng phát triển bền vững song song với việc đảm bảo an ninh lương thực. Các sản phẩm nông nghiệp cơ bản của Cuba gồm có rau (cà chua, hành và hồ tiêu), củ quả (khoai tây, khoai lang và khoai sọ), ngũ cốc (lúa gạo và ngô) và chuối. Diện tích khu vực canh tác tiêu chuẩn của mỗi hộ nông dân thay đổi từ 10 đến 15 Ha, trong khi đó khu vực diện tích thuộc quản lý của chính quyền hoặc các công ty nông nghiệp tư nhân nằm trong khoảng vài trăm héc ta. Để có được lịch gieo trồng tối ưu, phương thức và thời điểm tưới tiêu cũng như quản lý sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bên cạnh sự cố gắng của những người nông dân, chính quyền các cấp của Cuba cũng tiến hành giám sát và kiểm tra một cách chặt chẽ và thường xuyên.
1. Các phương pháp truyền thống
Theo truyền thống, nông dân Cuba thường thực hiện việc kiểm tra điều kiện đất đai và mùa vụ bằng cách đi bộ hoặc chạy xa ngang cánh đồng mà mình quản lý. Chương trình vệ tinh Intercosmos của Liên Xô đã từng triển khai phương pháp phân tích ảnh đa phổ dưới dạng tương tự trên các cánh đồng của Cuba để thực hiện nhiệm vụ giám sát và xác định từ trên cao. Cuối những năm 1980, ảnh vệ tinh dưới dạng kỹ thuật số đã được giới thiệu trên thế giới và hoàn toàn có khả năng sử dụng để thực hiện các bước xử lý và phân tích trong lĩnh vực nông nghiệp với sự hỗ trợ của máy tính. Cho tới thời điểm hiện tại ảnh vệ tinh vẫn đang được sử dụng rộng rãi ở Cuba trong quá trình lập kế hoạch, giám sát mùa vụ cũng như tính toán sản lượng nông nghiệp trong thu hoạch, đặc biệt từ khi xuất hiện cặp ảnh lập thể độ phân giải không gian siêu cao với vùng phủ rộng. Đầu những năm 1990, Cuba đã bắt đầu được phép truy cập vào các nguồn ảnh như SPOT, LANDSAT and NOAA AVHRR với lượng thông tin cung cấp từ ảnh đa dạng hơn thông qua các bước phân tích đa phổ phức hợp. Tuy nhiên có một vấn đề thực sự khó khăn đối với Cuba chính là nguồn tư liệu ảnh vệ tinh, hiện Cuba chưa có vệ tinh riêng và cũng không có trạm thu ảnh vệ tinh mặt đất nên 100% ảnh vệ tinh thường phải mua với giá cao, ngoài yếu tố giá thành thì thời gian giao ảnh cũng là vấn đề khó khăn. Theo đó sự xuất hiện của thiết bị bay không người lái UAV ở Cuba thực sự là giải pháp ảnh thay thế rất phù hợp.
2. UAV
So sánh với kỹ thuật ảnh vệ tinh, ảnh UAV có nhiều ưu điểm trong các ứng dụng phục vụ nông nghiệp: Giá thành thấp hơn, khả năng triển khai đa dạng theo yêu cầu thực tiễn theo đó tính thời sự của ảnh được đảm bảo hơn, độ phân giải không gian của ảnh chụp từ UAV cũng cao hơn. Ngoài ra việc triển khai UAV đơn giản hơn cả ảnh vệ tinh lẫn phương pháp bay chụp ảnh hàng không truyền thống và đặc biệt không phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết trong các trường hợp có yêu cầu bay đặc biệt. Mặc dù vùng phủ của ảnh chụp từ UAV không được rộng như ảnh vệ tinh, nhưng những lợi thế nêu trên thừa đủ để thúc đẩy việc triển khai thử nghiệm UAV trong nông nghiệp Cuba. Hệ thống UAV được triển khai có tên gọi Delta-Photo do AeroKartaKomplex. AeroKartaKomplex là doanh nghiệp của Nga chuyên nghiên cứu và chế tạo UAV phục vụ cho các ứng dụng dân sự. Thiết bị bay Delta-Photo có trọng lượng 5 Kg, được điều khiển hoàn toàn từ trạm mặt đất, UAV được gắn sẵn thiết bị GPS/IMU chuẩn. Máy ảnh sử dụng trên UAV là SONY NEX-5N độ phân giải 16 MP với khả năng lấy mẫu phân giải mặt đất GSD khoảng 4.8 cm ở độ cao bay 100 mét.
3. Khu vực bay chụp ảnh
Khu vực bay lựa chọn có diện tích 3 Km2 nằm trong vùng Guira de Melena, đây là vùng mà nông nghiệp đóng vai trò chủ đạo, nơi đây hàng năm sản xuất ra 50 nghìn tấn khoai tây và khoai sọ. Tuy nhiên, năng suất thường nhỏ hơn so với con số công bố rộng rãi trên toàn thế giới hàng năm. Để chuẩn bị cho việc bay thử nghiệm, các chuyên gia kỹ thuật sử dụng mô đun phần mềm NEVA Navigator để lập kế hoạch bay, trạm điều khiển mặt đất sử dụng ảnh SPOT độ phân giải 2.5 m sử dụng làm ảnh nền để điều khiển máy bay trên khu vực chụp ảnh. Ngoài ra hệ thống bay cũng yêu cầu phải có mô hình số độ cao của khu vực, theo đó các kỹ sư đã sử dụng mô hình số độ cao DEM GMTED2010 (Global Multi-Resolution Terrain Elevation Data). Ngoài ra các thông số bay liên quan như kiểu thiết bị bay, trần bay trung bình và cực đại, tốc độ bay, khu vực đáp và đường biên khu vực bay chụp ảnh cũng được xác định trong hệ thống. Địa hình khu vực bay chụp ảnh cũng tương đối bằng phẳng, độ phủ dọc được xác lập bằng 72% và độ phủ ngang là 52%. Tổng số ảnh cần thiết để có thể phủ trùm khu vực là 1.192 tấm. Toàn bộ thông tin được tải lên bộ bay tự động trên máy bay. Máy bay được phóng bằng sức người và điều khiển từ trạm mặt đất. Ảnh được chụp hoàn toàn tự động ở tốc độ chụp mỗi ảnh trong vòng hai giây. Chín điểm khống chế mặt đất GCP được lựa chọn phân bố đều trên khu vực đưòng biên của khu bay có tọa độ được đo bằng máy DGPS RS-20 với độ chính xác 1 mm.
4. Thành quả
Ngay sau khi bay chụp ảnh trên thực địa, toàn bộ ảnh chụp được, số liệu ghi nhận từ GPS/IMU trên máy bay và tọa độ chính xác của các điểm khống chế mặt đất GCP được nhập vào phần mềm PhotoScanPro cho phép tự động tạo ra bình đồ ảnh có tham chiếu địa lý chính xác, các mô hình 3D, các bức ảnh trực giao cũng như mô hình số địa hình mặt đất DEM. Toàn bộ các sản phẩm trên được thực hiện thông qua bốn bước xử lý cơ bản. Toàn bộ 1.192 tấm ảnh chụp được xử lý trong thời gian 24 giờ bằng máy tính xách tay HP Elitebook được trang bị bộ xử Intel Core I5 và 4 MB RAM. Sản phẩm ảnh trực giao với độ phân giải mặt đất 10 cm cũng được xây dựng trên cở sở các ảnh chụp rời rạc. Những khác biệt về hình dáng và màu sắc của cùng một loại cây trồng có thể phân biệt một cách rõ rệt khi phóng to ảnh thành quả, mà sắc trên ảnh cũng thể hiện rõ tình trạng hiện thời của các loại cây đang canh tác trong vùng. Màu sắc khác nhau của cùng một giống cây trồng là biểu hiện rõ ràng nhất về điều kiện chăm sóc cũng như sinh trưởng, đó có thể là ảnh hưởng của nguồn nước tưới, mức nước ngầm, khả năng phân tán của thuốc bảo vệ thực vật và mức độ đầu tư chăm sóc của người nông dân. Đây là những nguồn thông tin vô cùng quan trọng và có giá trị để cảnh báo cho người nông dân, từ đó họ có thể xác định chính xác nguyên nhân dẫn tới những khác biệt này bằng cách kiểm tra chính xác tại vị trí xuất hiện sự bất thường. Ngay sau khi xác minh được nguyên nhân và điều chỉnh cách thức chăm sóc, sau một thời gian nhất định sẽ thực hiện bay chụp ảnh lại lần thứ hai để so sánh và đánh giá về những biến chuyển sau khi điều chỉnh dựa vào thông tin đã trích xuất từ ảnh và cảnh báo người nông dân.
Khả năng ứng dụng kỹ thuật bay không người lái UAV trong lĩnh vực nông nghiệp ở Cuba hết sức tiềm năng, tuy nhiên cũng giống như ở các Quốc gia khác trên thế giới UAV vẫn đang bị kiểm soát hoạt động một cách chặt chẽ do các yếu tố liên quan tới an ninh. Nhưng với những khả năng vượt trội cũng như những lợi ích mang lại trong thực tiễn, chắc chắn UAV sẽ được triển khai rộng rãi ở Cuba trong thời gian tới đây.