Придбали дрон і мультиспектральну камеру — що з цим робити?

Попри те, що в Україні налічується понад 45 тис. фермерських господарств, всього 10% з них використовують у своїй діяльності новітні технології. 

Серед інноваційних рішень аграрії часто звертають увагу на дрони з мультиспектральними камерами. Але як ефективно використовувати таке рішення?

Завдання, які вирішують дрони з мультиспектральними камерами

Дрони виконують багато функцій на агропідприємствах — їх можуть використовувати для протидії шахрайству службою безпеки або для внесення ЗЗР. Однак найбільшу ефективність на сьогодні ці технології принесуть, здійснюючи агромоніторинг полів. 

Провівши обліт і зйомку мультиспектральною камерою, аграрій може обробити інформацію за допомогою спеціальних платформ. І отримати наступні результати:

• визначати густоту рослинності;
• виявляти наявність бур’янів;
• створювати стресс карти;
• визначати ступінь вегетації,
• визначати потенціал урожайності;
• визначати індекси GNDVI, RNDVI, Red Edge NDVI.

Який дрон обрати аграрію?

Кількість моделей дронів та їх різновидів достатньо велика. Станом на 2018 рік в Україні найпопулярнішими стали наступні моделі дронів для фермерства: Phantom 4 Advanced, Phantom 4Pro v2.0. та новинка  Phantom 4 RTK — спільна розробка компаній DJI и Leica Geosystems. 

Phantom 4 RTK дозволяє проводити обмір полів з високою точністю за рахунок застосування RTK-режиму. Саме для цієї серії дронів була розроблена нова підписка на RTK сигнал, Drone RTK, яка надавалась через мережу базових станцій SystemNet і підтримується DroneUA.

Ще один дрон, який має перспективу для сільського господарства, — Mavic 2 Zoom. Це розкладний коптер з встановленою на борту камерою з оптичним збільшенням для моніторингу полів. У версії Enterprise є можливість установки спектральних камер за допомогою перехідників.

В 2019 році на українському ринку з’явився ще один дрон, який потенційно може стати хітом продажів, — це БПЛА з технологією вертикального злету Trinity F9 німецької компанії Quantum systems. 

Цей дрон може здійснити обліт 500 га за один виліт. Заряду батареї вистачає на 60 хв., Trinity F9 може віддалитись на 7,5 км. Розвиває швидкість до 60 км/год, але оптимальна — 33 км/год. Офіційний дистриб'ютор в Україні — компанія SmartDrones. 

Обираючи собі дрон, аграрій повинен звернути увагу на наявність документів, що засвідчують якість продукції. Продукція повинна супроводжуватися сертифікатом якості, сертифікатом відповідності, декларацією відповідності, санітарно-епідеміологічним висновком, протоколом випробувань.

Обслуговування, збереження дронів проводиться відповідно до паспортів, які входять до комплекту.

Мультиспектральні камери

Комплектуючи дрон мультиспектральною камерою, аграрій отримує комплекс для моніторингу полів. Вибір мультиспектральної камери в першу чергу залежить від масо-габаритних показників та можливості штатно підвішувати її на дрон. За відгуками користувачів не лише в Україні, але й за кордоном, найпопулярнішими камерами для мультиспектрального знімання є Micasense RedEdge-M, SLANTRANGE i Parrot SEQUOJA. 

Управління дроном

Якщо вести мову про програмні продукти для управління польотом, рекомендується використовувати лише ліцензійні програми.

Керування дроном відбувається через ручне управління. Воно забезпечується за допомогою радіо-модему, який через антену з наземної станції управління (а саме пульту керування) отримує сигнал з заданими параметрами руху (швидкість та кути) і транслює їх на польотний контролер.            

Необхідними складовими комплексу наземної станції управління є персональний комп’ютер з виходом в Інтернет або з 4G-модемом для автономного керування дроном та пульт керування (або планшет чи мобільний пристрій) — для дистанційно-ручного. За допомогою персонального комп’ютера виконується обробка відео з дрону, розпізнавання перешкод та інших об’єктів спостереження, а також коригування маршруту польоту.

Управляти дроном можна, використовуючи спеціальні додатки. Програма дає змогу планувати складні польотні завдання за допомогою декількох кліків. У заданих точках маршруту додаток автоматично зробить фотографії для отримання точних карт місцевості або проведе відеозйомку за вказаним маршрутом.

Також ці програми мають функції, які не дозволять БПЛА літати вище та швидше запрограмованих параметрів, тим самим підвищуючи безпеку польоту та полегшуючи процес управління дроном. 

Аналіз інформації з дронів

Дрон, облітаючи територію, збирає інформацію у вигляді знімків або відеозйомки з камер. Мультиспектральні знімки за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення зшиваються та аналізуються. 

Є інноваційні платформи, де усіма необхідними для аналізу інструментами можна одночасно послуговуватися з єдиної панелі керування. На екрані монітора інформація відображається у вигляді різнокольорових шарів на карті ГІС: тут і дані датчиків, і стани розвитку рослин, і забур’яненість окремих територій, і ураження шкідниками, і прогноз погоди, й поточні завдання, і скаутські перевірки, і супутникові знімки з різними індексами вегетації: NDVI, ENDVI, GNDVI, OSAVI, ARI, SIWSI, WDRVI, VARI700 тощо. 

В Україні вже також доступні подібні платформи, що дозволяють проводити аналітичні дослідження, — зокрема HummingbirdTech.

Платформа використовує унікальні алгоритми машинного навчання та штучного інтелекту для обробки знімків супутників та БПЛА. Користувач отримує інформацію у вигляді широкого переліку векторних карт з функцією перегляду на панелі пристрою. Інформація у формі shapefile, яка прив’язана до системи координат. Це значно полегшує виконання диференційованого внесення добрив, СЗР чи десикантів. Технологічна схема роботи платформи показана на рис. 2.

Платформа Hummingbird — це не просто програма для аналізу, це інтегрована система, яка разом з Pix4Dengine виконує автоматичне завантаження, обробку, показ мультиспектральних та RGB зображень. Програма Pix4D виконує фотограмметричні роботи з орієнтації масиву знімків у відповідній системі координат, зшивання десятків тисяч аерофотографій для подальшої обробки в програмі Hummingbird Technologies.

Алгоритми штучного інтелекту та машинне навчання використовуються для ідентифікації та складання фотографій. Це допомагає створити карту поля та виявити проблемні ділянки.

Інформація, яку надає платформа Hummingbird Technologies

Дрони, обладнані мультиспектральними камерами, проводять необхідну кількість обльотів на різних стадіях розвитку рослин. Терміни індивідуальні для кожної культури, за якою ведеться спостереження. Вони визначаються з урахуванням особливостей розвитку. Зйомка проводиться з висоти 220 м. Після цього аналіз знімків виконується автоматично і надається у вигляді карт роздільною здатністю 15 см/піксель. 

Платформа застосовує власні унікальні алгоритми, які обробляють знімки та розраховують вегетаційні індекси. На основі аналізу індексів будуються векторні карти.

Рішення від Hummingbird дозволяє отримати наступні дані: 

• Індекс NDVI. 

За такою картою проводиться оцінка вегетації рослини: 

Виявляється неоднорідність посівів, оцінюється кількість рослинної маси, визначаються проблемні ділянки поля. 

Індекс NDVI допоможе встановити причини негативного стану посівів: бур'яни, посуха, поверхневе ущільнення ґрунту, проблеми при посіві. Також це дозволить визначити способи усунення чи мінімізації негативних чинників.

Карта неоднорідності посівів. Ця карта дозволяє виявити ділянки з уповільненим або занадто швидким ростом вегетаційної маси рослин. Для встановлення причин ситуації потрібні польові дослідження проблемних ділянок. Серед причин можуть бути:

• шкідники;
• бур'яни;
• нестача вологи.

Своєчасне реагування допоможе збільшити урожай.

Індекс листкової поверхні (GAI). Допомагає визначити проблемні ділянки і встановити норми внесення азоту та регуляторів росту рослин. 

Розраховується тільки для ріпаку, дозволяє створити програму внесення азотних добрив на задану урожайність на весь сезон, а також диференційовано вносити регулятори росту рослин: 

• перед зимівлею для нівелювання ризику полягання;
• перед цвітінням для досягнення максимального врожаю.

Карта площі рослинного покриву. Показник дозволяє оцінити стан культури, визначити ділянки уповільненого росту, допомагає оцінити потенційну врожайність.

Дані можуть бути використані при плануванні зрошення та визначенні доцільності обробки гербіцидами.

Карта-завдання на диференційоване внесення азоту на підставі NDVI чи GAI. Визначає ділянки з низьким вмістом азоту в листках, які потребують обробки регуляторами росту. Допомагає оптимізувати об'єми азотних добрив, що вносяться. Це дозволить підвищити врожайність, оптимізувавши витрати. 

Карта ризику вилягання рослин. Визначає ділянки поля, на яких рослини розвиваються швидше, і виникає ризик їх вилягання. На основі цієї інформації визначаються дозування регуляторів росту або виділяються ділянки, які потребують подальшого догляду.

Карта-завдання на диференційоване внесення регуляторів росту. Даний інструмент дозволяє уникнути надлишкового або недостатнього обприскування, визначивши при цьому проблемні ділянки. Норми внесення визначаються згідно з індивідуальними потребами на окремих ділянках поля.

В порівнянні з традиційним комплексним цей підхід дозволяє підвищити ефективність шляхом економії на регуляторах росту і експлуатаційних витратах, не зменшивши при цьому майбутній урожай.

Карта-завдання на диференційовану десикацію. Визначає проблемні ділянки, на яких дозрівання культури не завершено. За картою точково вноситься десикант. Окрім того, що рослини підсушуються, поля звільняються від багаторічних бур'янів.

Використання дронів допоможе аграрію ефективно проводити агромоніторинг та розробляти карти-завдання на диференційоване внесення ЗЗР та добрив. Але це за умови, що для обробки зібраної інформації використовуються спеціалізовані платформи. 

Роман Михалевич, представник HummingbirdTech в Україні спеціально для AgroPortal.ua