Приобрели дрон и мультиспектральную камеру — что с этим делать?

Несмотря на то, что в Украине насчитывается более 45 тыс. фермерских хозяйств, всего 10% из них используют в своей деятельности инновационные технологии.

Среди инновационных решений аграрии часто обращают внимание на дроны с мультиспектральными камерами. Но как эффективно использовать такое решение?

Задания, которые решают дроны с мультиспектральными камерами

Дроны выполняют много функций на агропредприятиях — их могут использовать для противодействия мошенничеству службой безопасности или для внесения СЗР. Однако наибольшую эффективность на сегодня эти технологии принесут, осуществляя агромониторинг полей.

Проведя облет и съемку мультиспектральной камерой, аграрий может обработать информацию с помощью специальных платформ. И получить следующие результаты:

• определять плотность растительности;
• выявлять наличие сорняков;
• создавать стресс карты;
• определять степень вегетации,
• определять потенциал урожайности;
• определять индексы GNDVI, RNDVI, Red Edge NDVI.

Какой дрон выбрать аграрию?

Количество моделей дронов и их разновидностей достаточно велико. По состоянию на 2018 год в Украине самыми популярными стали следующие модели дронов для фермерства: Phantom 4 Advanced, Phantom 4Pro v2.0. и новинка Phantom 4 RTK — совместная разработка компаний DJI и Leica Geosystems.

Phantom 4 RTK позволяет проводить обмер полей с высокой точностью за счет применения RTK-режима. Именно для этой серии дронов была разработана новая подписка на RTK сигнал, Drone RTK, которая предоставлялась через сеть базовых станций SystemNet и поддерживается DroneUA.

Еще один дрон, который имеет перспективу для сельского хозяйства, — Mavic 2 Zoom. Это раскладной коптер с установленной на борту камерой с оптическим увеличением для мониторинга полей. В версии Enterprise есть возможность установки спектральных камер с помощью переходников.

В 2019 году на украинском рынке появился еще один дрон, который потенциально может стать хитом продаж, — это БПЛА с технологией вертикального взлета Trinity F9 немецкой компании Quantum systems.

Этот дрон может совершить облет 500 га за один вылет. Заряда батареи хватает на 60 мин., Trinity F9 может отдалиться на 7,5 км. Развивает скорость до 60 км/ч, но оптимальная — 33 км/ч. Официальный дистрибьютор в Украине — компания SmartDrones.

Выбирая себе дрон, аграрий должен обратить внимание на наличие документов, удостоверяющих качество продукции. Продукция должна сопровождаться сертификатом качества, сертификатом соответствия, декларацией соответствия, санитарно-эпидемиологическим заключением, протоколом испытаний.

Обслуживание, хранение дронов проводится в соответствии с паспортами, входящими в комплект.

Мультиспектральные камеры

Комплектуя дрон мультиспектральных камерой, аграрий получает комплекс для мониторинга полей. Выбор мультиспектральной камеры в первую очередь зависит от массо-габаритных показателей и возможности штатно подвешивать ее на дрон. По отзывам пользователей не только в Украине, но и за рубежом, самыми популярными камерами для мультиспектральной съемки являются Micasense RedEdge-M, SLANTRANGE и Parrot SEQUOJA. 

Управление дроном

Если говорить о программных продуктах для управления полетом, рекомендуется использовать только лицензионные программы.

Управление дроном происходит через ручное управление. Оно обеспечивается с помощью радио-модема, который через антенну с наземной станции управления (а именно пульта управления) получает сигнал с заданными параметрами движения (скорость и углы) и транслирует их на полетный контроллер.

Необходимыми составляющими комплекса наземной станции управления являются персональный компьютер с выходом в Интернет или с 4G-модемом для автономного управления дроном и пульт управления (или планшет или мобильное устройство) — для дистанционно-ручного. С помощью персонального компьютера выполняется обработка видео с дрона, распознавание препятствий и других объектов наблюдения, а также корректировка маршрута полета.

Управлять дроном можно, используя специальные приложения. Программа позволяет планировать сложные полетные задания с помощью нескольких кликов. В заданных точках маршрута приложение автоматически сделает фотографии для получения точных карт местности или проведет видеосъемку по указанному маршруту.

Также эти программы имеют функции, которые не позволят БПЛА летать выше и быстрее запрограммированных параметров, тем самым повышая безопасность полета и облегчая процесс управления дроном.

Анализ информации с дронов

Дрон, облетая территорию, собирает информацию в виде снимков или видеосъемки с камер. Мультиспектральные снимки с помощью специализированного программного обеспечения сшиваются и анализируются.

Есть инновационные платформы, где всеми необходимыми для анализа инструментами можно одновременно пользоваться с единой панели управления. На экране монитора информация отображается в виде разноцветных слоев на карте ГИС: здесь и данные датчиков и состояния развития растений, и засоренность отдельных территорий, и поражения вредителями, и прогноз погоды, и текущие задачи, и скаутские проверки, и спутниковые снимки с различными индексами вегетации: NDVI, ENDVI, GNDVI, OSAVI, ARI, SIWSI, WDRVI, VARI700 и т.п.

В Украине уже также доступны подобные платформы, позволяющие проводить аналитические исследования, — в частности HummingbirdTech.

Платформа использует уникальные алгоритмы машинного обучения и искусственного интеллекта для обработки снимков спутников и БПЛА. Пользователь получает информацию в виде широкого перечня векторных карт с функцией просмотра на панели. Информация в форме shapefile, которая привязана к системе координат. Это значительно облегчает выполнение дифференциального внесения удобрений, СЗР или десикантов. Технологическая схема работы платформы показана на рис. 2.

Платформа Hummingbird — это не просто программа для анализа, это интегрированная система, которая вместе с Pix4Dengine выполняет автоматическую загрузку, обработку, показ мультиспектральных и RGB изображений. Программа Pix4D выполняет фотограмметрические работы по ориентации массива снимков в соответствующей системе координат, сшивание десятков тысяч аэрофотографий для дальнейшей обработки в программе Hummingbird Technologies.

Алгоритмы искусственного интеллекта и машинное обучение используются для идентификации и составления фотографий. Это помогает создать карту поля и выявить проблемные участки.

Информация, предоставляемая платформой Hummingbird Technologies

Дроны, оборудованные мультиспектральными камерами, проводят необходимое количество облетов на разных стадиях развития растений. Сроки индивидуальны для каждой культуры, по которой ведется наблюдение. Они определяются с учетом особенностей развития. Съемка производится с высоты 220 м. После этого анализ снимков выполняется автоматически и предоставляется в виде карт с разрешением 15 см/пиксель.

Платформа применяет собственные уникальные алгоритмы, которые обрабатывают снимки и рассчитывают вегетационные индексы. На основе анализа индексов строятся векторные карты.

Решение от Hummingbird позволяет получить следующие данные:

Индекс NDVI.

По такой карте проводится оценка вегетации растения:

Выявляется неоднородность посевов, оценивается количество растительной массы, определяются проблемные участки поля.

Индекс NDVI поможет установить причины негативного состояния посевов: сорняки, засуха, поверхностное уплотнение почвы, проблемы при посеве. Также это позволит определить способы устранения или минимизации негативных факторов.

Карта неоднородности посевов. Эта карта позволяет выявить участки с замедленным или слишком быстрым ростом вегетационной массы растений. Для установления причин ситуации нужны полевые исследования проблемных участков. Среди причин могут быть:

• вредители;
• сорняки;
• недостаток влаги.

Своевременное реагирование поможет увеличить урожай.

Индекс листовой поверхности (GAI). Помогает определить проблемные участки и установить нормы внесения азота и регуляторов роста растений.

Рассчитывается только для рапса, позволяет создать программу внесения азотных удобрений на заданную урожайность на весь сезон, а также дифференцированно вносить регуляторы роста растений:

• перед зимовкой для нивелирования риска полегания;
• перед цветением для достижения максимального урожая.

Карта площади растительного покрова. Показатель позволяет оценить состояние культуры, определить участки замедленного роста, помогает оценить потенциальную урожайность.

Данные могут быть использованы при планировании орошения и определении целесообразности обработки гербицидами.

Карта-задание на дифференцированное внесение азота на основании NDVI или GAI. Определяет участки с низким содержанием азота в листьях, которые нуждаются в обработке регуляторами роста. Помогает оптимизировать объемы азотных удобрений, которые вносятся. Это позволит повысить урожайность, оптимизировав расходы.

Карта риска полегания растений. Определяет участки поля, на которых растения развиваются быстрее, и возникает риск их полегания. На основе этой информации определяются дозы регуляторов роста или выделяются участки, требующие дальнейшего ухода.

Карта-задание на дифференцированное внесение регуляторов роста. Данный инструмент позволяет избежать избыточного или недостаточного опрыскивания, определив при этом проблемные участки. Нормы внесения определяются согласно индивидуальным потребностям на отдельных участках поля.

По сравнению с традиционным комплексным этот подход позволяет повысить эффективность путем экономии на регуляторах роста и эксплуатационных затратах, не уменьшив при этом будущий урожай.

Карта-задание на дифференцированную десикацию. Определяет проблемные участки, на которых созревание культуры не завершено. По карте точечно вносится десикант. Кроме того, что растения подсушиваются, поля освобождаются от многолетних сорняков.

Использование дронов поможет аграрию эффективно проводить агромониторинг и разрабатывать карты-задания на дифференцированное внесение СЗР и удобрений. Но это при условии, что для обработки собранной информации используются специализированные платформы.

Роман Михалевич, представитель HummingbirdTech в Украине специально для AgroPortal.ua