Дрон сверху видит все. Ты так и знай

 Дрон сверху видит все. Ты так и знай
Алексей Жуков
Опубликовано в №1 (153), январь

Беспилотные летательные аппараты пока в основном фигурируют в сводках из горячих точек, но уже в ближайшие годы они могут совершить настоящую революцию в точном земледелии. Перековав мечи на орала, аграрии смогут легко и с меньшими затратами получать информацию о состоянии посевов, а также внедрить точечное применение пестицидов и другие, до сих пор немыслимые технологии.

Белорусские аграрии, как и их коллеги из других стран, уже достаточно активно используют отдельные элементы точного земледелия. Спутниковые навигаторы применяются при обработке почвы, внесении удобрений и пестицидов, управляемые компьютером опрыскиватели помогают сэкономить средства защиты растений. Однако настоящее точное земледелие невозможно без постоянного сбора и анализа больших объемов информации о состоянии посевов, погоде и т. д. Пытаясь решить эту проблему, фермеры по всему миру сталкиваются с серьезными трудностями: спутниковые снимки часто оказываются дороги, имеют относительно невысокое разрешение и не всегда оперативны, визуальное наблюдение требует времени. Ультралегкие беспилотные летательные аппараты (дроны) позволяют решить данную задачу и сделать оперативную информацию намного доступнее, сэкономив фермеру время и деньги.

В последние годы рынок ультралегких беспилотников готовится к настоящему буму. Технический прогресс привел к тому, что дроны стали достаточно просты в производстве и довольно дешевы. Например, продвинутые модели с увеличенной дальностью полета и возможностью автоматического интеллектуального управления стоят в пределах 700–2 000 долларов США. При этом небольшие любительские радиоуправляемые квадрокоптеры можно купить через Интернет в готовом виде или в виде конструктора. А китайские производители уже продают такие машины за 100-200 долларов США. Именно с них многие энтузиасты начинали использовать беспилотные летательные аппараты в сельском хозяйстве.

Мониторинг на коленке

Некоторые фермеры и ученые из США и других стран еще в начале десятилетия попробовали внедрить беспилотники в свою практику. Их использовали для инспекции полей: закрепив на радиоуправляемом дроне недорогую цифровую фотокамеру, можно было оценить состояние посевов без утомительного объезда или обхода полей. Однако энтузиасты столкнулись с несколькими проблемами. Во-первых, управлять квадрокоптером оказалось не так просто: надо сначала потренироваться. Во-вторых, время его полета ограничено как запасами горючего или емкостью батарей, так и погодными условиями: можно рассчитывать в среднем на 15–40 минут. В-третьих, из-за малого времени полета любительские беспилотники были эффективны лишь для инспекции небольших полей площадью 4–8 га. Кроме того, информацию (фото и видео), собранную летательным аппаратом, еще нужно было проанализировать, в частности совместить снимки, чтобы получить полноценную карту и привязать ее к географическим координатам.

В итоге фермеры тратили на инспекцию полей не меньше трудовых ресурсов и времени, пусть и проводили его интереснее. Вместе с тем они оценили возможность получения эффективного средства мониторинга посевов, стоившего менее 1 000 долларов США (цена беспилотника и модифицированной камеры нужного разрешения). Информация, получаемая с его помощью, обладала более высоким качеством по сравнению со спутниковыми снимками. Сравните съемку с расстояния в несколько десятков километров и с высоты нескольких метров. Увеличенное разрешение снимков с беспилотника позволяет детально рассмотреть чуть ли не каждое растение. Наконец, их стоимость намного ниже, чем у спутниковых фотографий. Теперь дело от энтузиастов перешло к профессионалам.

Требования к летунам

Сегодня в мире существует несколько десятков, а может быть, и сотен коммерческих и некоммерческих проектов по внедрению беспилотников в аграрной отрасли, благо энтузиасты из разных стран сформулировали некоторые требования, пока еще не кодифицированные в рамках стандартов.

Итак, беспилотный аппарат для мониторинга посевов должен иметь высокую степень маневренности и автономности. Он должен облетать поле по заранее определенному маршруту с минимальными отклонениями от него. Желательно, чтобы управление дроном было автоматическим. Аппарат должен иметь возможность вести съемку с высоты нескольких метров над растениями, а также подниматься на 100–120 м, чтобы его можно было использовать для мониторинга больших площадей. Данные с сенсоров и камер, полученные дроном, должны предоставляться фермеру в обработанном виде. Например, если речь идет о простом визуальном наблюдении, то из отдельных снимков должна быть склеена полноценная карта поля, и т. д. Предпочтительно, чтобы фермер получал не только данные, но и конкретные рекомендации.

Товар или сервис?

На рынке выработано несколько моделей внедрения беспилотников в сельском хозяйстве. Компания Precision Hawk, основанная при участии Университета штата Индиана (США), создала и производит беспилотный летательный аппарат, снабженный собственным компьютером, который управляет полетом и проводит первичную обработку данных. Традиционный планер Lancaster Platform имеет вес 1,5 кг, размах крыльев 1,2 м, грузоподъемность до 1,1 кг. Аппарат оснащен компьютером на базе четырехъядерного процессора с двумя сопроцессорами для обработки данных с сенсоров в реальном времени. Машина имеет различные проводные и беспроводные интерфейсы для передачи данных на стационарные и мобильные компьютеры, а также напрямую в сеть Интернет.

Фермер или агроном-консультант приобретает базовую платформу Lancaster и может снабдить ее опциями, среди которых оснащение для взлета с воды и посадки на нее, дополнительный набор запчастей, сенсоры увеличенного разрешения, дополнительные вычислительные ресурсы, обучающие программы. У заказчика есть возможность выбрать из пяти видов сенсоров. Так, на беспилотник могут установить 14-мегапиксельную камеру для визуального мониторинга посевов в видимом диапазоне. Мультиспектральная камера с разрешением от 3,2 до 7,8 мегапикселей позволяет делать снимки в различных участках спектра, оценивая состояние растений и наличие заболеваний, контролируя качество воды. Термальный сенсор дает возможность оценить температуру почвы, воды, помогает обнаружить скот и подсчитать его. Лидар близкого радиуса действия позволяет построить трехмерную модель ландшафта, измерить высоту растений, а также, проникая через них, предоставить данные о состоянии поверхности и верхних слоев почвы, чего нельзя добиться при визуальном наблюдении. Наконец, гиперспектральные камеры способны делать снимки полей в различных диапазонах за пределами видимого спектра, что также позволяет оценить развитие растений, содержание питательных веществ в почвенных и водных ресурсах и т. д.

Каждый владелец платформы получает бесплатный планировщик полетов — программу, которая автоматически составляет план полета на основе данных о погоде и конфигурации полей фермера. Последнему остается только запустить аппарат и ждать информацию. При этом умная машина уже в процессе полета может корректировать его план в зависимости от изменения погодных условий.

Обрабатывать данные может сам фермер — для этого ему придется купить у поставщика ноутбук с набором необходимого ПО. Кроме того, за определенную абонентскую плату он может отправлять снимки, сделанные беспилотником, на сервер компании, где они будут обрабатываться. Еще одна возможность — прямая видеотрансляция с беспилотника на компьютер агрария. Словом, каждый может выбрать наиболее удобный вариант получения информации.

Другой стартап — 3D Robotics — делает ставку на ультралегкие летательные аппараты, созданные по образцу вертолетов. Квадро- и гексакоптеры с четырьмя и шестью винтами обладают большей устойчивостью при полете, имеют лучшую маневренность и, самое главное, способны зависать над отдельными участками, в отличие от традиционных самолетов. Коптеры 3D Robotics также могут автоматически планировать и выполнять полет. Оснащенные гиперспектральной камерой, они делают снимки полей в видимом и инфракрасном диапазонах. Хлорофилл отражает ИК-излучение ближнего диапазона, так что можно легко вычислить индекс развития растений.

Интересно, что 3D Robotics при этом использует наиболее простые и доступные технологии. Инженеры модифицируют любительские коптеры для увеличения дальности полета и автономности. Сенсор делается на базе бытовых 3D-камер, которые сегодня стоят порядка 200–300 долларов. Их оснащают двумя объективами и матрицами. Один «глаз» оставляют без изменений, второй снабжают светофильтром и так получают очень дешевую мультиспектральную камеру. Контролировать коптер его владелец будет через смартфон или планшет. 3D Robotics оценивает свои сельхоздроны меньше чем в 1 000 долларов.

При этом компания нацелена не столько на конечного потребителя — фермера, сколько на консультантов. 3D Robotics намерена продавать аппаратно-программную платформу, на базе которой консультанты-агрономы смогут предлагать собственные сервисы. Кстати, аналогичная модель использования беспилотников возможна не только в сельском, но и в лесном хозяйстве, геологоразведке и других областях, где применяются геоинформационные системы.

Прерванный полет

По оценке экспертов, именно консультанты станут основными потребителями и эксплуататорами сельскохозяйственных беспилотников, а фермеры будут получать от них советы. Однако на пути внедрения дронов есть и некоторые препятствия.

Одна из трудностей связана с потенциальными потребителями данных мониторинга. Фермеры, инспектируя поля, зачастую не знают, что искать, а при выявлении заболеваний, недостатков питания обращают внимание на совокупность признаков. Именно поэтому большинство разработчиков предоставляют возможность для видеонаблюдения с помощью беспилотника.

Самое же главное препятствие — регулирование использования воздушного пространства. Например, в США отсутствуют какие-либо правила эксплуатации беспилотников. Они находятся в ведении военных. Университетам и правительственным организациям разрешено использовать их в рамках экспериментов в строго оговоренном пространстве. Часть компаний сегодня опирается на существующие в США правила полетов для частных самолетов: им разрешены некоммерческие полеты на высоте до 120 м вдали от аэропортов и постоянных авиамаршрутов. Однако это незаконно. Похожие проблемы есть и в других странах. В то же время в Японии уже разрешено использование дронов в коммерческих целях. Отрасль будет развиваться по мере того, как регуляторы станут вырабатывать специальные правила для эксплуатации беспилотников.

Вместе с тем даже в этом случае возможны трудности. Широкое применение беспилотников, в особенности оснащенных средствами визуального мониторинга, представляет угрозу для тайны частной жизни. Они также могут быть средством промышленного шпионажа. В тех же США 13 штатов однозначно запретили использование дронов для сбора данных.

Всегда актуальной будет и проблема защиты информации: большинство сельхозпроизводителей предпочтут держать данные о своих посевах под контролем, особенно в высококонкурентных сегментах рынка. Использование дронов для мониторинга увеличивает число уязвимых мест, через которые существенная информация может попасть в чужие руки.

Наконец, чтобы получить эффект от применения беспилотников в качестве средства мониторинга, требуется определенный уровень развития точного земледелия. Информация в основном будет использоваться для оптимизации внесения удобрений и средств защиты растений, для точной дозировки полива. Технический и технологический уровни сельхозпредприятия должны быть весьма высоки, чтобы извлекать выгоду от внедрения дронов.

Светлое будущее?

Сегодня никто в мире не ставит под сомнение перспективы коммерческих беспилотников. Де-факто в США индустрия ждет лишь утверждения нормативно-правовых актов, регулирующих использование дронов, а это может произойти уже в следующем году. Рынок только этой страны до 2020 года оценивается в 82 млрд долларов. Многие компании заранее готовятся к будущей революции. Так, крупнейший интернет-магазин Amazon провел эксперимент по доставке товаров беспилотными летательными аппаратами. Похожие опыты делали и в России некоторые коммерческие предприятия. Разработчики беспилотников также обещают аграриям весьма заманчивые перспективы. В настоящее время предполагается использовать дроны для мониторинга посевов, но декларируются и проекты по точечному внесению пестицидов. Например, определив по гиперспектральному снимку малый очаг грибкового заболевания, дрон может локализовать его, точечно применив фунгицид. Это позволит сократить число массовых обработок и т. д.


 

Другие материалы рубрики
Белорусские посадочно-посевные машины для овощей и картофеля
Александр Аутко, Петр Циркунов, Семен Яговдик, Игорь Путырский
Опубликовано в №10 (174), октябрь

За последние десятилетия значимо изменились технологии возделывания овощных культур. Производство массово переходит на кассетную рассаду, выращивание капустных растений в безрассадной культуре, изменились схемы посева и посадок...

EuroTier-2014: дойное стадо накормят роботы
Алексей Жуков
Опубликовано в №12 (152), декабрь

В производстве молока кормление по трудоемкости и временным затратам уступает лишь доению. Автоматизация этой операции, как и в случае с дойкой, помогает не только сократить затраты, снизить нагрузку на персонал, но и повысить...

Техника на SPACE-2013. От мала до велика
Алексей Жуков
Опубликовано в №10 (138), октябрь

Универсальность, многофункциональность, компактность и экономичность — таковы основные характеристики машин и оборудования для животноводства, представленных на выставке SPACE-2013, которая прошла во французском Ренне в...

Преимущества и недостатки вспашки в борозде и вне борозды
Николай Лепешкин, Федор Назаров, Дмитрий Заяц
Опубликовано в №11 (151), ноябрь

Современные плуги позволяют проводить вспашку не только традиционным способом, двигаясь в борозде, но и ведя трактор вне ее. Каждый из способов обладает и преимуществами, и недостатками. Как найти оптимальный баланс и сделать пахоту...

 Золотые и серебряные инновации EuroTier-2014
Алексей Семков
Опубликовано в №10 (150), октябрь
Теги:

В середине ноября выставка EuroTier-2014 соберет в немецком Ганновере профессионалов животноводства со всего мира. Одним из центральных событий форума является конкурс инноваций. За месяц до открытия EuroTier международное жюри,...

Леонид Полещук, Иван Барановский
Опубликовано в №10 (186), октябрь

Металлические силосы — неотъемлемая часть современных технологий хранения зерна. Они наиболее перспективны по стоимости и срокам возведения 

Комментарии
Войти как

Фотоблог БСХ

Баннер-растяжка (внизу)