Organisational and economic conditions for implementing unmanned aerial systems in the production processes of agricultural enterprises

Abstract

The article substantiated the organisational-economic conditions and engineering prerequisites for implementing agricultural drones in the production processes of agricultural enterprises of Poltava region. The aim of the research was to determine the minimum land area at which purchasing or contracting drone services becomes economically viable, and to establish the technical parameters of spray application quality and the priority operations for unmanned aerial equipment. The empirical base comprised statistical data for 2021-2025, technical documentation for DJI Agras T50 and XAG P100 Pro agricultural drones, and field measurement results from 18 agricultural enterprises in the region, using breakeven threshold analysis, sensitivity analysis, field measurement experiment, and multi-criteria ranking methods. An engineering-economic breakeven threshold model was developed, incorporating capital and operating costs, depreciation schedules, and the qualitative effect of working solution distribution uniformity. It was established that the minimum land area for purchasing an own agricultural drone with three treatments per season is 486 ha, while contracting a third-party operator becomes cost-effective from 52 ha. Coverage uniformity achieved by an agricultural drone was twice as high as that of a ground boom sprayer: the coefficient of variation was 14.2% versus 28.4% respectively (p < 0.001). The optimal droplet size of 115-145 μm corresponds to the fine-droplet category suitable for contact fungicides. The highest economic return was achieved through crop protection spraying and liquid fertiliser application. A four-level technological chain integrating the agricultural drone with digital platforms for crop condition analysis and variable-rate application was defined, reducing the response time from field problem detection to treatment from 5-7 to 1-2 days. The findings may be applied by agricultural enterprises when forming digitalisation investment strategies and in training specialists in agroengineering

-

Статтю присвячено обґрунтуванню організаційно-економічних умов та інженерно-технічних передумов впровадження агродронів у виробничі процеси аграрних підприємств Полтавської області. Метою дослідження було визначення мінімальної площі угідь, при якій придбання або замовлення послуг агродрону є економічно вигідним, а також встановлення технічних параметрів якості обприскування і пріоритетних операцій для використання безпілотної техніки. Емпіричну базу склали статистичні дані за 2021-2025 роки, технічна документація агродронів DJI Agras T50 та XAG P100 Pro, а також результати польових вимірювань на 18 аграрних підприємствах регіону із застосуванням методів порогового аналізу беззбитковості, чутливісного аналізу, польового вимірювального експерименту та багатокритеріального ранжування. Розроблено інженерно-економічну модель визначення порогу беззбитковості, яка враховує капітальні та операційні витрати, строки амортизації і якісний ефект від рівномірності розподілу робочого розчину. Встановлено, що мінімальна площа для придбання власного агродрону при трьох обробках за сезон становить 486 га, тоді як замовлення послуги стороннього оператора є доцільним вже від 52 га. Рівномірність покриття агродроном удвічі вища, ніж у наземного штангового обприскувача: коефіцієнт варіації становить 14,2 % проти 28,4 % відповідно (p < 0,001). Оптимальний розмір краплі 115-145 мкм відповідає дрібнодисперсній категорії, придатній для контактних фунгіцидів. Найвищу економічну віддачу забезпечує обприскування засобами захисту рослин та внесення рідких добрив. Визначено чотирирівневий технологічний ланцюг інтеграції агродрону з цифровими платформами аналізу стану посівів і диференційованого внесення препаратів, що скорочує час реакції на проблему в полі з 5-7 до 1-2 діб. Результати дослідження можуть бути використані аграрними підприємствами при формуванні інвестиційних стратегій цифровізації, а також у підготовці фахівців за спеціальністю «Агроінженерія»