ENT 311 Lecture 05: कीट प्रबंधन में ड्रोन (UAV) एवं कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) के अनुप्रयोग

ENT 311 · Pest Management in Crops and Stored Grains — Final Notes
विषय सूची · Quick Navigation
02 अध्ययन उद्देश्य (Learning Objectives)03 प्रस्तावना एवं विषय प्रवेश (Introduction)04 प्रमुख वैज्ञानिक परिभाषाएँ (Important Definitions)05 विस्तृत विषय व्याख्या (Detailed Topic Explanation)06 प्रकार एवं वैज्ञानिक वर्गीकरण (Types and Classification)07 महत्वपूर्ण सिद्धांत एवं अवधारणाएँ (Important Principles & Concepts)08 वैज्ञानिक एवं व्यावहारिक उदाहरण व केस स्टडी (Scientific & Practical Examples)09 तुलनात्मक सारणियाँ (Comparative Tables)10 महत्वपूर्ण सूत्र एवं गणितीय गणनाएँ (Formulas and Calculations)11 लेक्चर माइंड मैप (Lecture-Specific Mind Map)12 प्रक्रिया प्रवाह चित्र एवं आरेख (Flowcharts and Diagrams)13 परीक्षा उपयोगी महत्वपूर्ण तथ्य एवं टिप्स (Important Facts & Exam Tips)14 त्वरित पुनरावृत्ति सारांश (Quick Revision Summary)15 बहुविकल्पीय प्रश्नोत्तरी — 10 MCQs (With Answers & Explanations)16 संपूर्ण परीक्षा प्रश्न बैंक (One-Liners, VSA, SA & Long Answer Questions)Lecture 05: कीट प्रबंधन में ड्रोन (UAV) एवं कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) के अनुप्रयोग
विजुअल लर्निंग एवं वैज्ञानिक चित्र (Visual Concept Diagrams — Lecture 05)
कृषि ड्रोन (UAV) छिड़काव मानक (CIB&RC SOP) एवं कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI + IoT) स्मार्ट कीट निगरानी तंत्र
02 अध्ययन उद्देश्य (Learning Objectives)
इस व्याख्यान के अध्ययन के पश्चात विद्यार्थी सक्षम होंगे:
- कृषि कीट प्रबंधन में मानवरहित हवाई वाहनों / ड्रोन (UAVs — Fixed-wing, Single-rotor एवं Multi-rotor Hexacopter/Octacopter) की संरचना और पेलोड क्षमताओं को समझना।
- ड्रोन के तीन मुख्य अनुप्रयोगों—(1) रिमोट सेंसिंग द्वारा कीट प्रकोप व हॉटस्पॉट की पहचान (Multispectral NDVI, Red-Edge एवं Thermal imaging), (2) सटीक अति-न्यून आयतन छिड़काव (Precision ULV Spraying & Downwash effect), और (3) जैविक परजीवियों (Trichogramma एवं Bracon/Chrysoperla) के हवाई विमोचन—का अध्ययन करना।
- कृषि मंत्रालय एवं CIB&RC द्वारा जारी ‘ड्रोन कीटनाशक छिड़काव मानक संचालन प्रक्रिया’ (Drone SOP — उड़ान ऊँचाई 2–3 मीटर, गति 3–5 m/s, जल मात्रा 25–40 L/ha, बूंद आकार 100–250 माइक्रोन, पवन गति <10 km/h) को कंठस्थ करना।
- कीट विज्ञान में कृत्रिम बुद्धिमत्ता (Artificial Intelligence — CNN/Deep Learning इमेज पहचान, IoT स्मार्ट ई-फेरोमोन ट्रैप, अनाज भंडारण व तना छेदकों हेतु एकॉस्टिक/ध्वनि सेंसर और मौसम-आधारित कीट प्रकोप पूर्वानुमान मॉडल) की कार्यप्रणाली को समझना।
03 प्रस्तावना एवं विषय प्रवेश (Introduction)
मूल सामग्री (Core Course Content): पारंपरिक कीट प्रबंधन में दो सबसे बड़ी कमियाँ रही हैं: पहली—जब तक किसान को अपनी आँखों से खेत के अंदर कीट का प्रकोप (जैसे धान के तने के निचले भाग में छिपा भूरा फुदका BPH या गन्ने का पायरिला) दिखाई देता है, तब तक 20–30% फसल नष्ट हो चुकी होती है; और दूसरी—ऊँची फसलों (गन्ना, कपास, अरहर, आम व नारियल के बागों) या कीचड़ भरे धान के खेत में पीठ पर स्प्रेयर टाँगकर छिड़काव करना अत्यंत कठिन, धीमा और किसान के स्वास्थ्य के लिए खतरनाक होता है।
आधुनिक ‘डिजिटल कीट विज्ञान’ (Digital Entomology / Agriculture 4.0) में ड्रोन (UAVs) और कृत्रिम बुद्धिमत्ता (Artificial Intelligence – AI) के संगम ने इस पूरी प्रक्रिया को स्वचालित कर दिया है। आज ड्रोन मात्र 7 से 10 मिनट में 1 एकड़ खेत का छिड़काव कर देता है, 90% पानी बचाता है और AI-आधारित स्मार्ट फेरोमोन ट्रैप खेत में बैठे-बैठे किसान के मोबाइल पर प्रतिदिन पकड़े गए पतंगों की संख्या और छिड़काव की चेतावनी (ETL Alert) भेज देते हैं।
04 प्रमुख वैज्ञानिक परिभाषाएँ (Important Definitions)
05 विस्तृत विषय व्याख्या (Detailed Topic Explanation)
1. कीट प्रबंधन में ड्रोन (UAV) के 4 प्रमुख अनुप्रयोग (4 Core Applications of Drones in Pest Management)
1. कीट तनाव एवं हॉटस्पॉट का हवाई संवेदन (Aerial Pest Surveillance & Mapping)
जब रसचूसक कीट (माहू, BPH, सफेद मक्खी, लाल मकड़ी) पौधे का रस चूसते हैं, तो क्लोरोफिल घटने से Near-Infrared (NIR) और Red-Edge स्पेक्ट्रम का परावर्तन तुरंत गिर जाता है और रंध्र बंद होने से पत्ती का तापमान बढ़ जाता है। ड्रोन पर लगे Multispectral (NDVI/NDRE) और Thermal कैमरे नग्न आँखों को दिखने से 5–7 दिन पहले ही खेत में ‘कीट हॉटस्पॉट मैप’ (Pest Stress Map) तैयार कर देते हैं।
2. सटीक ULV कीटनाशक छिड़काव (Precision ULV / LV Aerial Spraying)
• समय की बचत: मात्र 5–7 मिनट में 1 एकड़ (15–20 मिनट में 1 हेक्टेयर) का छिड़काव।
• जल की 90% बचत: पारंपरिक 500 L/ha पानी के स्थान पर मात्र 25 से 40 L/ha पानी लगता है।
• डाउनवाश भेदन: पंखों की हवा से धान के भूरे फुदके (BPH) व कपास की सफेद मक्खी पर 2 गुना बेहतर कवरेज。
• ऊँची फसलों व बागों में वरदान: गन्ना, आम, नारियल, सुपारी और दलदली धान में बिना खेत में घुसे सुरक्षित स्प्रे।
3. जैविक नियंत्रण कारकों का हवाई विमोचन (Aerial Release of Bio-agents — ‘entomo-copters’)
ड्रोन में लगे विशेष ‘बायो-डिस्पेंसर’ (Trichocapsule / Bio-agent dispenser) द्वारा गन्ने, मक्का और कपास के बड़े खेतों में अंड परजीवी Trichogramma से भरे बायोडिग्रेडेबल कैप्सूल (Trichoballs), परभक्षी माइट्स (Phytoseiulus) और ग्रीन लेसविंग (Chrysoperla) के अंडों को मात्र 10 मिनट में पूरे खेत में समान रूप से बिखेरा जाता है।
4. रेगिस्तानी टिड्डी दल नियंत्रण (Desert Locust Swarm Control)
वर्ष 2019–20 के टिड्डी आक्रमण के दौरान भारत (राजस्थान, गुजरात, म.प्र.) में ऊँचे पेड़ों और दुर्गम रेतीले टीलों पर बैठे टिड्डी दलों पर मैलाथियान 96% ULV और डेल्टामेथ्रिन का छिड़काव करने में ड्रोन अत्यंत सफल सिद्ध हुए।
2. भारत सरकार (कृषि मंत्रालय एवं CIB&RC) के अनुसार ड्रोन कीटनाशक छिड़काव के मानक पैरामीटर (Standard SOP for Drone Spraying)
- फसल के छत्र (Canopy) से ड्रोन की उड़ान ऊँचाई:।
- ड्रोन की उड़ान गति (Flying Speed): ()।
- प्रति हेक्टेयर आवश्यक जल आयतन (Water Volume): (10–16 L/acre)।
- नोजल प्रकार एवं बूंद का आकार (Droplet Size – VMD): सेंट्रीफ्यूगल रोटरी अटोमाइजर या फ्लैट-फैन एंटी-ड्रिफ्ट नोजल; बूंद व्यास (ताकि हवा में ड्रिफ्ट न हो और वाष्पीकरण भी न हो)।
- सुरक्षित मौसम सीमाएँ (Weather Limits): पवन की गति (), तापमान , आपेक्षिक आर्द्रता ।
- बफर जोन (Buffer Zone): जलाशयों, मधुमक्खी बक्सों और आवासीय क्षेत्रों से कम से कम 10 से 100 मीटर की दूरी।
3. नाशीकीट प्रबंधन में कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) एवं मशीन लर्निंग के 4 स्तंभ
- कंप्यूटर विजन एवं डीप लर्निंग द्वारा त्वरित कीट पहचान (CNN-Based Automated Pest Identification):
- कन्वोल्यूशनल न्यूरल नेटवर्क (CNN — जैसे ResNet, Inception, MobileNet, YOLO) करोड़ों कीटों और क्षति लक्षणों की तस्वीरों पर प्रशिक्षित होते हैं। किसान अपने स्मार्टफोन (जैसे ICAR के AI ऐप्स, Plantix, Wadhwani AI ‘CottonAce’) से पत्ती या ट्रैप की फोटो खींचता है और AI 95%+ सटीकता के साथ तुरंत कीट का वैज्ञानिक नाम, अवस्था, ETL की स्थिति और अनुशंसित उपचार बता देता है।
- IoT-आधारित स्मार्ट ऑटोमैटिक ट्रैप एवं ई-निगरानी (IoT Smart Traps for Real-Time ETL Monitoring):
- पारंपरिक फेरोमोन या लाइट ट्रैप में किसान को रोज खेत में जाकर हाथ से कीट गिनने पड़ते हैं। AI-युक्त स्मार्ट ट्रैप में लगा कैमरा प्रतिदिन पकड़े गए Helicoverpa, Spodoptera या Pectinophora पतंगों की स्वतः गिनती कर क्लाउड सर्वर पर भेजता है और ETL पार होते ही SMS अलर्ट जारी करता है (उदाहरण: कपास में पिंक बॉलवर्म हेतु Wadhwani AI एवं TrapView)।
- मौसम एवं जलवायु आधारित कीट पूर्वानुमान मॉडल (AI Predictive Pest Outbreak Forecasting):
- मशीन लर्निंग (Random Forest, LSTM Neural Networks) ऐतिहासिक कीट आँकड़ों, तापमान, आर्द्रता, वर्षा और सैटेलाइट NDVI का विश्लेषण करके 10 से 15 दिन पहले ही पूर्वानुमान (Forewarning) जारी कर देता है कि किस जिले में सरसों का माहू, धान का BPH या मक्का का फॉल आर्मीवर्म फैलने वाला है।
- बायो-एकॉस्टिक सेंसर एवं स्मार्ट गोदाम निगरानी (Bio-Acoustic & E-Nose Sensors in Storage & Orchards):
- नारियल के तने के अंदर छिपे लाल ताड़ घुन (Red Palm Weevil — Rhynchophorus ferrugineus) और अनाज के साइलो में छिपे सूँड घुन व खपड़ा भृंग के लार्वा के चबाने की सूक्ष्म आवाज (Acoustic signature) को AI सेंसर बाहरी शोर से अलग कर प्रारंभिक अवस्था में ही पकड़ लेते हैं।
06 प्रकार एवं वैज्ञानिक वर्गीकरण (Types and Classification)
कीट प्रबंधन में प्रयुक्त डिजिटल तकनीकों का वर्गीकरण:
- 1. हवाई प्लेटफॉर्म (Aerial Platforms): मल्टी-रोटर ड्रोन (स्पॉट स्प्रे व बायो-एजेंट विमोचन हेतु सर्वश्रेष्ठ) एवं फिक्स्ड-विंग ड्रोन (बड़े क्षेत्र के सर्वेक्षण हेतु)।
- 2. AI एवं IoT उपकरण: (a) इमेज-आधारित (CNN मोबाइल ऐप्स व स्मार्ट कैमरा ट्रैप), (b) ध्वनि-आधारित (Bio-acoustic sensors for hidden borers/storage pests), (c) मौसम-आधारित (Machine Learning Forewarning Models)।
07 महत्वपूर्ण सिद्धांत एवं अवधारणाएँ (Important Principles & Concepts)
- ‘कैलेंडर स्प्रे के स्थान पर डेटा-संचालित स्प्रे’ का सिद्धांत (Principle of Data-Driven Precision Spraying over Calendar Spraying): बिना कीट देखे हर 10 दिन पर अंधाधुंध छिड़काव करने के बजाय, ड्रोन रिमोट सेंसिंग और IoT स्मार्ट ट्रैप से प्राप्त वास्तविक समय के डेटा के आधार पर केवल प्रभावित हॉटस्पॉट (Spot application) में ही छिड़काव करना।
08 वैज्ञानिक एवं व्यावहारिक उदाहरण व केस स्टडी (Scientific & Practical Examples)
हल किया गया संख्यात्मक उदाहरण: ड्रोन छिड़काव की कार्य-क्षमता एवं जल बचत की गणना
प्रश्न: एक के गन्ने के फार्म में पायरिला के नियंत्रण हेतु पारंपरिक नैपसैक स्प्रेयर से छिड़काव करने पर पानी और प्रति हेक्टेयर (कुल 20 मजदूर-दिन) लगते हैं। यदि किसान कृषि स्प्रेयर ड्रोन का उपयोग करता है जो पानी लेता है और मात्र में छिड़काव पूरा कर देता है, तो कुल बचाया गया पानी (लीटर व प्रतिशत में) और कुल लगने वाला समय ज्ञात कीजिए।
हल (Solution):
- 1. पारंपरिक छिड़काव में कुल पानी:।
- 2. ड्रोन छिड़काव में कुल पानी:।
- 3. कुल जल की बचत: (प्रतिशत बचत )।
- 4. पूरे 10 हेक्टेयर में ड्रोन द्वारा लगा कुल समय: (20 मजदूर-दिनों का काम मात्र 3 घंटे में संपन्न!)।
09 तुलनात्मक सारणियाँ (Comparative Tables)
तुलनात्मक सारणी 5.1: पारंपरिक नैपसैक छिड़काव बनाम कृषि ड्रोन (UAV) छिड़काव
| तुलना का आधार (Parameter) | पारंपरिक नैपसैक स्प्रेयर (Manual Knapsack Sprayer) | कृषि स्प्रेयर ड्रोन (Agricultural UAV Sprayer) |
|---|---|---|
| 1. कार्य-क्षमता (Coverage Capacity) | (1 हेक्टेयर में 2 दिन) | (1 हेक्टेयर मात्र 15–20 मिनट में) |
| 2. आवश्यक जल की मात्रा (Water Requirement) | (High Volume) | (90–95% जल की बचत) |
| 3. बूंद का आकार एवं छत्र भेदन (Droplet & Penetration) | बड़ी व असमान बूंदें (); निचले तने तक कम पहुँच | समान सूक्ष्म बूंदें () + प्रोपेलर डाउनवाश से गहरा भेदन |
| 4. ऑपरेटर सुरक्षा (Operator Safety) | किसान सीधे जहरीली फुहार के संपर्क में आता है (उच्च जोखिम) | किसान खेत से बाहर दूर खड़ा रहकर रिमोट से चलाता है (100% सुरक्षित) |
| 5. ऊँची एवं दलदली फसलों में उपयुक्तता | गन्ने, बागों और कीचड़ भरे धान में चलाना अत्यंत कठिन | ऊपर से उड़कर किसी भी ऊँचाई व कीचड़ वाली फसल में सुगम छिड़काव |
10 महत्वपूर्ण सूत्र एवं गणितीय गणनाएँ (Formulas and Calculations)
ड्रोन छिड़काव SOP एवं स्पेक्ट्रल संवेदन के मानक सूत्र
- 1. ड्रोन की क्षेत्रीय कार्य-क्षमता (Aerial Field Capacity of Drone):
- 2. कीट तनाव पहचान हेतु रेड-एज सूचकांक (Normalized Difference Red-Edge Index – NDRE):
(सघन खड़ी फसल में रसचूसक कीटों द्वारा क्लोरोफिल ह्रास को पकड़ने में NDRE साधारण NDVI से भी अधिक संवेदनशील होता है।) - 3. मानक ड्रोन उड़ान मानदंड (CIB&RC SOP):
11 लेक्चर माइंड मैप (Lecture-Specific Mind Map)
- 1. रिमोट सेंसिंग: Multispectral (NDVI/NDRE) व Thermal से हॉटस्पॉट पहचान
- 2. सटीक ULV स्प्रे: 90% पानी बचत, 15 min/ha, डाउनवाश प्रभाव
- 3. बायो-एजेंट विमोचन: Trichogramma कैप्सूल (Trichoballs) का हवाई वितरण
- 4. आपातकालीन नियंत्रण: रेगिस्तानी टिड्डी दल व ऊँचे बागों में स्प्रे
- फसल से ऊँचाई: 2 से 3 मीटर | उड़ान गति: 3 से 5 m/s
- जल की मात्रा: 20 से 40 लीटर/हेक्टेयर (10-16 L/acre)
- बूंद आकार (VMD): 100 से 250 माइक्रोन (एंटी-ड्रिफ्ट)
- अधिकतम पवन गति: <10 km/hr | तापमान: <35°C
- कंप्यूटर विजन (CNN – YOLO/ResNet): पत्ती/कीट की फोटो से तुरंत पहचान
- IoT स्मार्ट फेरोमोन ट्रैप: स्वचालित कीट गिनती व मोबाइल ETL अलर्ट
- भारतीय AI उदाहरण: Wadhwani AI ‘CottonAce’ (पिंक बॉलवर्म हेतु)
- मौसम-आधारित मशीन लर्निंग पूर्वानुमान मॉडल (Forewarning)
- एकॉस्टिक सेंसर: तने के अंदर रेड पाम वीविल (RPW) की आवाज पकड़ना
- गोदाम साइलो में घुन के लार्वा के चबाने की ध्वनि (0.5-10 kHz) पकड़ना
- ई-नोज (E-Nose): कीट-संक्रमित पौधे के VOCs सूंघकर पहचान
12 प्रक्रिया प्रवाह चित्र एवं आरेख (Flowcharts and Diagrams)
13 परीक्षा उपयोगी महत्वपूर्ण तथ्य एवं टिप्स (Important Facts & Exam Tips)
- कृषि मंत्रालय एवं CIB&RC के मानक SOP के अनुसार कीटनाशक छिड़काव करते समय फसल के छत्र से ड्रोन की ऊँचाई ‘2 से 3 मीटर’, गति ‘3 से 5 m/s’ और पानी की मात्रा ’20 से 40 लीटर/हेक्टेयर’ होनी चाहिए।
- ड्रोन के घूमते हुए पंखों (Propellers) से नीचे की ओर बनने वाली हवा की धारा को ‘डाउनवाश प्रभाव’ (Downwash effect) कहते हैं, जो धान के निचले तने में छिपे भूरे फुदके (BPH) तक दवा पहुँचाने में अत्यंत सहायक है।
- ड्रोन द्वारा गन्ने और मक्का में अंड परजीवी ‘Trichogramma’ के कैप्सूल (Trichoballs) बिखेरने की तकनीक जैविक नियंत्रण में एक बड़ी क्रांति है।
- कपास में गुलाबी गूलर छेदक (Pink bollworm) और अमेरिकन बॉलवर्म की फेरोमोन ट्रैप फोटो से स्वतः गिनती कर ETL बताने वाला भारत का प्रसिद्ध AI ऐप ‘Wadhwani AI (CottonAce)’ है।
- नारियल के तने के अंदर छिपे लाल ताड़ घुन (Red Palm Weevil) और गोदाम के दानों के अंदर छिपे घुन की पहचान के लिए ‘बायो-एकॉस्टिक सेंसर’ (Acoustic / Sound sensors) का प्रयोग किया जाता है।
14 त्वरित पुनरावृत्ति सारांश (Quick Revision Summary)
त्वरित पुनरावृत्ति सारांश (Quick Revision Summary):
- ड्रोन (UAV) के 4 कार्य: मल्टीस्पेक्ट्रल/थर्मल कीट हॉटस्पॉट मैपिंग, सटीक ULV छिड़काव (25–40 L/ha), Trichogramma बायो-एजेंट विमोचन और टिड्डी दल नियंत्रण।
- CIB&RC ड्रोन SOP: ऊँचाई , गति , पवन गति , बूंद आकार ।
- AI अनुप्रयोग: CNN इमेज पहचान, IoT स्मार्ट फेरोमोन ट्रैप (स्वचालित ETL गणना), बायो-एकॉस्टिक सेंसर व पूर्वानुमान मॉडल।
15 बहुविकल्पीय प्रश्नोत्तरी — 10 MCQs (With Answers & Explanations)
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16 संपूर्ण परीक्षा प्रश्न बैंक (One-Liners, VSA, SA & Long Answer Questions)
(A) 5 महत्वपूर्ण वन-लाइनर तथ्य (5 Important One-Liners)
- CIB&RC SOP के अनुसार ड्रोन छिड़काव में फसल से ऊँचाई 2–3 मीटर, गति 3–5 m/s और जल मात्रा 20–40 L/ha रखी जाती है।
- ड्रोन के पंखों की हवा से निचले तने तक दवा पहुँचना ‘प्रोपेलर डाउनवाश प्रभाव’ (Propeller downwash effect) कहलाता है।
- ड्रोन छिड़काव से पारंपरिक नैपसैक स्प्रेयर की तुलना में 90% से 95% तक पानी की बचत होती है।
- स्मार्टफोन और स्मार्ट फेरोमोन ट्रैप में कीट की फोटो से स्वतः पहचान के लिए ‘CNN’ (Convolutional Neural Network) प्रयुक्त होता है।
- तने के अंदर रेड पाम वीविल और अनाज के अंदर घुन के लार्वा की आवाज पकड़ने के लिए ‘बायो-एकॉस्टिक सेंसर’ प्रयुक्त होते हैं।





