БПЛА для Сельского хозяйства

Применение БПЛА в сельском хозяйстве

(Отраслевое решение применения БПЛА в сельском хозяйстве)

Беспилотники становятся все более актуальными в сельском хозяйстве.

Воздушная съемка, или точнее говоря, плановая аэрофотосъемка осуществляется с помощью беспилотника с камерой, которая снимает в видимом и тепловом диапазоне.

Почему же использование БПЛА так важно для сельского хозяйства? Потому что сельское хозяйство без большого объёма качественных данных превращается в большую проблему. Около половины «расходных материалов» на растениеводство (от жидкостей до пестицидов, фунгицидов и гербицидов) оказываются просто бесполезными, так как тратятся в большем количестве, чем нужно, или же находятся не там, где нужно, например, в канавах между, а не под самими растениями. Последствия подобной ситуации могут быть самыми плачевными, вплоть до полной потери урожая.

  

Как только в сельском хозяйстве смогут контролировать, что происходит с каждым растением, появиться возможность  более точно применять химикаты .

В небольших хозяйствах фермеры могут  осуществлять контроль и вручную, но площади посевных полей не всегда позволяют это сделать оперативно. Большинство оценок, производимых в таких случаях, делаются наземным путем при помощи выезда на поля экспертной группы. С плоскости невозможно оценить весь масштаб происшествия. Поэтому для ускорения этого процесса необходимо использовать аэрофотосъемку в том числе летающих роботов - беспилотные летательные аппараты. Фермеры будут использовать пестициды и фугнициды только там, где это действительно необходимо, и в меньших количествах; таким образом, будет предотвращено заражение пищи и окружающей среды химикатами, и к тому же будут сэкономлены деньги. 

 Такие дефекты при посеве, как проплешины, гибель урожая после засухи или затопления и других факторов, требуют оперативного контроля, что может предоставить только беспилотная аэрофотосъемка.

  

Применение БПЛА в сельском хозяйстве дают возможность:

• создания электронных карт полей;

• инвентаризации сельхозугодий;

• оценить объем работ и контролировать их выполнение;

• вести оперативный мониторинг состояния посевов (БПЛА позволяет быстро и эффективно строить карты по всходам);

• определить индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index - нормализованный вегетационный индекс);

• оценить всхожести сельскохозяйственных культур;

• прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур;

• проверить качество пропашности;

• вести экологический мониторинг сельскохозяйственных земель.

Аэрофотосъемочный БПЛА запускается, взлетает и садится в автоматическом режиме (на автопилоте) по загруженному маршруту. БПЛА, пролетая по заранее спланированному в ГИС маршруту, выполняет цифровую съемку местности. Результатом съемки являются снимки высокого разрешения на запрограммированных точках по GPS координатам. Выполнив аэрофотосъемочный маршрут , БПЛА приземляется в ту же точку, откуда он взлетел. Для каждого снимка получается полный набор цифровой информации - географические координаты центральной точки снимка, высота съемки, полный набор телеметрических данных для переноса и использования в общепринятых ГИС системах (например, ArcView или MapInfo). Таким образом, все фотографии являются геопривязанными (например с помощью ГНСС приемника Stonex S10) и их можно сшить в один большой ортофотоплан поля. Аэрофотосъемка с БПЛА может заменить спутниковые снимки высокого разрешения для сельского хозяйства.

  

В настоящее время в сельском хозяйстве широкое применение получают технологии точного земледелия. Они базируются на новом взгляде на сельское хозяйство, в котором сельскохозяйственное поле, неоднородное по рельефу, агрохимическому содержанию питательных веществ, нуждается в применении на каждом участке наиболее эффективных агротехнологий. Технологии точного земледелия направлены на повышение продуктивности, уменьшение себестоимости продукции и сохранение окружающей среды.

  

Опыт использования беспилотников для аграрной аэрофотосъемки показал превосходство использования БПЛА вертолетного (мультироторного) (таких как Геоскан 401,  Суперкам Х8,  МИИГАиК Х4) над беспилотниками самолетного типа. 

Это связано:

Во-первых, с тем, что самолеты даже с коротким циклом взлета и посадки быстро выходят из строя без нормальных условий для приземления. Самолеты могут быть лишь на наиболее крупных сельскохозяйственных предприятиях, но даже там их применение ограничено наличием подходящих взлетно-посадочных площадок.

Однако такие БПЛА как  Trimble UX5, Суперкам S350-f,  Геоскан 201,  Птеро-СМ,  ДЕЛЬТА-М,  Геоскан 101,  Птеро–Е5,  Trimble Gatewing X100,  Суперкам S250,  Суперкам S240-f могут обходиться без взлетно-посадочной полосы, взлетая с катапульты и приземляться на парашютной системе.

Между тем вертолеты показали в тех же условиях хорошую выносливость и за 40 минут покрывали достаточно большую площадь аэрофотоснимками.

Во-вторых, видео может оказаться более ценным, чем статичные изображения. Таким образом, создаётся ощущение, как будто фермер следит за территорией своими собственными глазами. Иногда собственный взгляд в режиме реального времени позволяет выявить проблемы и направить БПЛА туда, куда нужно, несомненно, подобный манёвр целесообразнее проводить с вертолётом (БПЛА мультироторного типа). На самом деле фермеры могут даже не знать изначально, что они ищут. Иногда наиболее сложным является именно определение области поиска, и здесь важно иметь общее представление о ситуации (как в мозаичной картинке).

    БПЛА для сельского хозяйства могут решить многие вопросы быстрее и дешевле, чем спутники. Это означает, что своевременное проведение работ, съёмка в тот же день поможет принять оперативные меры по наиболее актуальным вопросам. И в то же время, изменения ситуации во времени также будут оперативно отражены. Задача сельскохозяйственной съёмки — показать фермерам то, что они не могут увидеть с поверхности, и временные рамки в данном случае особенно важны. При проведении регулярных аэрофотосъёмок сельскохозяйственных земель ежедневно или раз в неделю и их постобработке в специализированном ПО, можно проследить динамику изменений в пределах одного и того же поля, и эти данные можно будет точно соотнести с продуктивностью земельных угодий.

  

Данные аэрофотосъёмки могут являться маркетинговым средством. Некоторые компании, занимающиеся продажей семян, проводят бесплатную аэрофотосъёмку урожая в качестве составной части продажи. В то же время, данные сельскохозяйственной съёмки представляют собой нечто большее, нежели обычное руководство для отслеживания посадок. Контроль за посадками с использованием снимков может внести качественные изменения в мониторинг сельскохозяйственных работ, поможет предотвратить лишние затраты на удобрения и воду, к тому же некоторые потребители часто готовы больше платить за продукцию, при выращивании которой использовалась аэрофотосъёмка и тем самым отдают предпочтение экологичному сельскому хозяйству и делают ставку на органическое земледелие.

NDVI в сельском хозяйстве 

Как известно, отражение растительного покрова в красной и ближней инфракрасной областях электромагнитного спектра тесно связано с его зеленой фитомассой. Для того, чтобы количественно оценить состояние растительности, широко применяется так называемый вегетационный индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). NDVI характеризует также плотность растительности, позволяет растениеводам оценить всхожесть и рост растений, продуктивность угодий. Индекс рассчитывается как разность значений отражения в ближней инфракрасной и красной областях спектра, деленная на их сумму. В результате значения NDVI меняются в диапазоне от –1 до 1. Для зеленой растительности отражение в красной области всегда меньше, чем в ближней инфракрасной, за счет поглощения света хлорофиллом, поэтому значения NDVI для растительности не могут быть меньше 0.

Тип объекта	Коэффициент отражения* в красной области спектра	Коэффициент отражения* в ближней инфракрасной области спектра	Значение NDVI
Густая растительность	0.1	0.5	0.7
Разреженная растительность	0.1	0.3	0.5
Открытая почва	0.25	0.3	0.025
Облака	0.25	0.25	0
Снег и лед	0.375	0.35	-0.05
Вода	0.02	0.01	-0.25
Искусственные материалы (бетон, асфальт)	0.3	0. 1	-0.5

*Показывает, какая доля падающего освещения отражается объектом. Изменяется в диапазоне 0… 1.

Научный и технический прогресс позволяет сегодня широко использовать в земледелии современные технологии во время планирования и выполнения агротехнологий. Такими технологиями, несомненно, являются беспилотные летательные аппараты.

Точное земледелие включает в себя большое количество элементов, которые делятся на три основных этапа:

1. сбор информации о хозяйстве, поле, культуре;

2. анализ информации и принятие решения;

3. выполнение решений – проведение агротехнологической операции.

Перед тем, как приступить к земледелию, необходимо измерить поля по факту (если они не были измерены), чтобы составить точный план затрат на обрабатываемые площади. В результате измерений поля составляется электронная карта поля.

Электронная карта - это средство инвентаризации земель, определяющее ресурсный потенциал земель хозяйств. Также это средство, позволяющее точно рассчитать нормы расхода ГСМ, нормы внесения удобрений и средств защиты растений (СЗР) в зависимости от площади. При составлении карт качества почв отдельных полей можно ввести дифференциальное внесение СЗР и удобрений в различных частях поля, что позволяет значительно сэкономить на внесении удобрений и СЗР, а также не перенасыщать почву. Карта полей дает возможность вести паспорта полей и севооборот хозяйства, подсчитать нужное количество семенного материала, осуществлять мониторинг техники и определять не только расход топлива, но и эффективное использование рабочего времени и др.

Электронная карта предоставляет возможность вести базу данных за неограниченный промежуток времени и по нескольким показателям.

Преимущества электронной карты поля очевидны:

• дает возможность вести учет и контроль всех сельскохозяйственных операций, потому что базируется на точных данных: площади полей, расстоянии дорог, населенных пунктов и т.д;

• помогает провести полный анализ условий, которые влияют на рост растительности на данном поле;

• позволяет оптимизировать производство с целью получения максимального дохода, а также рационального использования в производстве ресурсов;

• вести паспортные данные о сельскохозяйственных угодьях с учетом привязки к году урожая;

• просмотр и анализ тематических карт агрохимического мониторинга полей, возделываемой культуры, вносимых удобрений, урожайности, экономической эффективности культуры и пр.;

• учет и анализ последствий при различных неблагоприятных погодных условиях и других показателей посредством беспилотной авиации (площади полеглости посевов, вымерзших участков посевов, стадии созревания, засоренность полей);

• формирование статистических справок и отчетов.

После получения электронной карты поля возможно проводить агрохимическое обследование полей и вносить дополнительную информацию (карты содержания основных элементов N, P, K, Ca, Mg, S, Ph, гумус) о поле в существующую базу данных.

(Отраслевое решение применения БПЛА в сельском хозяйстве)