Спецможливості
Техніка та обладнання

Дистанційний огляд полів. Що слід знати

24.03.2023
3640
Дистанційний огляд полів. Що слід знати  фото, ілюстрація

Дрони досить стрімко увійшли в життя сучасного аграрія. Вони вже перестають бути чимось далекосяжним. Оскільки на ці інструменти моніторингу є попит, вони постійно вдосконалюються відповідно до конкретних потреб і вимог користувача, потроху дешевшають, стають більш функціональними й простими у використанні.

Сьогодні єдиною перепоною щодо використання дронів є війна. На початку повномасштабного військового вторгнення росії використання агродронів було повністю зупинене, незалежно від регіону України. Сьогодні ж провідні оператори ринку відновили роботу агродронів у регіонах, де це можливо.

Наразі є дві категорії цих літальних апаратів — дрони мультироторного типу, які можуть літати досить недовго, в середньому це 30 хв, що певною мірою є їхнім недоліком, та дрони літакового типу. До переваг перших слід віднести простоту та легкість управління, що дає змогу досить швидко їх освоїти. Також їхньою перевагою є можливість зависання у повітрі, що дає змогу зафіксувати об’єкт із будь якого ракурсу. Тому для невеликих об’ємів це дійсно хороший інструмент.

 БПЛА Germandrones Songbird з можливістю вертикального злету та посадкиSenseFly eBee X Fixed-Wing DroneДрон мультироторного типу

Враховуючи обсяги аграрних угідь нашої держави, то збір інформації, особливо для створення 2D та 3D ортофотопланів, ефективного аналізу територій із постійним повторенням впродовж року, ефективнішими будуть дрони літакового типу. Їхні час польоту значно більший і становить від однієї години, що дає змогу збільшити територію, що потребує опрацювання. Наразі на ринку вони також представлені досить широко. Порівняно із першим видом дронів, їхня експлуатація потребує певних знань та навичок. Наприклад, для злету їм потрібна спеціальне пристосування або злітна смуга, відповідні погодні умови. Хоча наразі є технології та можливості вертикального злету для цього виду обладнання.

Дрони — це важливо, але вони лише носії для сенсорів

Паралельно з дронами розвивається ринок навісного обладнання, насамперед камер. Фототехніка, яку сьогодні використовують на дронах, у принципі, не поступається професійним камерам за якістю знімків. І водночас вони залишаються легкими й компактними, захищеними від пилу та вологи. Такі камери можуть коштувати дорожче від самого дрона, особливо якщо мова йде про мультиспектральні камери.

Слід мати на увазі, що вибір сенсорів впливає на те, яку саме інформацію ми хочемо отримувати. В агро зазвичай використовують візуальні сенсори, тобто звичайні RGB камери (DJI Phantom 4Pro, Sense Fly SODA), які дають змогу працювати на досить великих відстанях і отримувати якісні світлини місцевості. Як правило, це невеликі камери із роздільною здатністю в 20 Мп. Але якщо потрібна більша швидкість збору інформації та світлини із високою роздільною здатністю, то доцільним буде використання потужніших камер, наприклад, Pxase One iXM 100 із роздільною здатністю 100 Мп та фокусною відстанню в 35 мм. Адже від вибору камери залежить деталізацію території, що сканується, та швидкість опрацювання території.

 DJI Phantom 4 ProPhase Оne iXM 100

Поговоримо про мультиспектарльні камери

Появі мультиспектральних камер, так само як свого часу мікрохвильовок, інтернету або мобільних телефонів, ми повинні дякувати військовим. Під час Другої Світової війни для виявлення замаскованих об’єктів супротивника пілоти використовували аерофотоапарати з жовтим або червоним світлофільтром. Для зйомки застосовувалася двошарова фотоплівка, верхній шар якої сприйнятливий до інфрачервоного випромінювання, а нижній — чутливий до видимого світла. Це давало змогу отримувати знімки, на яких об’єкти (танк або літак, наприклад) відрізняються від фону за кольором. Це явище пояснюється тим, що окремі об’єкти й загальний фон мають відмінності відбивної здатності в одній із зон чутливості фотоплівки. Крім розвідки, технологія спектрозональних знімків знайшла своє застосування в промисловості й сільському господарстві, чому сильно посприяла космічна програма NASA.

 MicaSense RedEdge SensorМультиспектральна камера Altum PT

У 1972 році NASA запускає в космос першу мультиспектральну платформу дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) — супутник LandSat 1, що стало справжньою революцією в дослідженнях нашої планети з космосу. Вперше доступ до якісних знімків Землі отримали не лише військові та керівництво країн. Мультиспектральні зображення з Landsat 1 дали змогу побачити життя на планеті більш детально і під новим кутом — Земля вже не просто синьо-зелена куля з перших фотографій космічної місії «Аполлон»!

За допомогою спектральних знімків гір, геологи почали знаходити нові родовища корисних копалин, екологам відкрилися справжні масштаби проблем посухи в Африці, а фермери отримали інструмент для моніторингу посівів. Тепер ми можемо побачити окремо кожне поле, кожне дерево або кущ, відрізнити одні рослини від інших і навіть оцінити їхній стан.

Сучасні мультиспектральні камери, якими оснащують безпілотні апарати, мають той самий принцип дії, що і їхні «прабатьки». Вся справа в світлі! Кожен предмет, рослина або об’єкт мають різну світлоприймальну здатність. Відбивні властивості об’єкта залежать від конкретного матеріалу, його фізичного та хімічного стану (наприклад, вологості), шорсткості поверхні, а також від геометричних умов (наприклад, від кута падіння сонячного світла). У мультиспектральних зображеннях за допомогою реальних кольорів передається стан (рівень відбивної здатності) різних об’єктів. Подальший аналіз відбувається в роботі з нормою поглинання світла й відбивної здатності для кожного об’єкта.

Ось приклад: здорова зелень володіє високим рівнем поглинання червоного світла й відбиття інфрачервоного завдяки фотосинтезу, який відбувається в рослинах. На основі відбивної здатності рослин було створено понад 150 індексів рослинності (VI), які допомагають дати точну оцінку стану посівів, використовуючи мультиспектральні зображення. Навіть коли рослини візуально виглядають досить непогано, то ці сенсори помічають зміни у рослинах.

 Посіви кукурудзи — зображення за NDVIІндекс стану рослинності

 

Особливості планування маршрутів

Планування маршрутів для 2D та 3D моделювання територій є однією із найважливіших частин під час створення ортофотоплану. Від цього етапу залежить якість отриманих фотографій та кінцевий результат в цілому. Наразі є низка програмного  забезпечення, що дає змогу автоматично сформувати маршрут, але є певні нюанси.

«За планування маршрутів перше, на що слід звернути вагу, — це розмір пікселю отриманих фото. Тобто з якою роздільною здатністю камера буде фіксувати об’єкти на поверхні ґрунту та саму поверхню ґрунту, рельєф. Якщо ми говоримо про дослідні поля, де є потреба отримати інформацію по конкретній рослині із групи рослин, то потрібно мати камеру, яка дає змогу розгледіти цю рослину. Потрібна висока деталізація знімку», — говорить Тетяна Кондратенко, експертка з геодезії DroneUA, менеджерка з розвитку бізнесу Germandrones GmbH.  

Тетяна Кондратенко, експерт із геодезії в компанії DroneUA, менеджер з розвитку бізнесу в компанії GermandronesGmbH

Наступним параметром планування маршрутів є їхнє повздовжнє та бокове перекриття. Якщо на цьому етапі зробити помилку, то можливе значне викривлення кінцевого результату. Адже наразі досить широко використовують технології точного землеробства. Всі знімки поля є досить одноманітними і програмному забезпеченню досить важко віднайти відмінності між знімками сусідніх прольотів дрона (рослини однакові, стики міжрядь посіяних рослин не відрізняються). Відповідно, ПЗ не зможе правильно відтворити загальний план із отриманих фотографій.

Планування маршрутів

Тому планування маршрутів та їхнє повздовжнє перекриття є досить важливими. Саме завдяки правильному плануванні маршрутів, ми можемо отримати цілісний, повноцінний, не викривлений ортофотоплан.

Додаток PIX4D Capture від компанії Pix4D

Додаток PIX4D Capture від компанії Pix4D значно спрощує цю роботу. Першочергово він дає змогу обрати відповідну техніку для зйомки (дрони та сенсор) щодо ваших побажань. Далі програмний додаток пропонують користувачам обирати типи місій, за якими слід літати.

Коли ми обрали тип дрону та тип польоту, програма пропонує також можливість встановлення висоти знімання, що дає змогу автоматично отримати бажаний розмір пікселю на місцевості. Також є можливість встановленні куту атаки для камер, повздовжнє та бокове перекриття та можливість керування швидкістю дрону. Додаток передбачає можливість корегування параметрів зйомки залежно від умов, часу доби, бажаних затрат часу на політ.

PIX4D CAPTUREPIX4D CAPTURE

Проте слід пам’ятати, що збір інформації за допомогою дронів та різноманітного спеціалізованого обладнання — це лише половина справи. Наступним етапом є її обробка, систематизація та отримання рекомендацій і порад щодо виконання наступних дій і прийняття агрономічних рішень. Одними із рішень на ринку є програмні продукти компанії PIX4D, яка наразі пропонує одні зі найкращих рішень для фотограмметрії. Її програмні рішення дають змогу оцифровувати реальність і проводити вимірювання на основі зображень зроблених з літаків, дронів, смартфонів та інших камер. Це одна з передових компаній, яка здійснила революцію у фотограмметрії і дає можливість працювати зі знімками на зовсім іншому рівні.

Програмні продукти Pix4d

«Основний продукт компанії — це PIX4D mapper, який дає змогу фотограмметричного опрацювання даних з безпілотних літальних апаратів, складання ортофотопланів, цифрових моделей рельєфу і цифрових моделей місцевості, тривимірних моделей будівель, розрахунку обсягів робіт, карт висот, карт відображення сонячної радіації та розрахунку вегетаційних індексів.

Додаток відносно складний та вимагає потужного комп’ютеру. Для швидкого отримання результату у полі він досить проблематичний. Але для специфічного вирішення завдань він є незамінний», — говорить Тетяна Кондратенко.

Незамінним програмним рішенням для аграріїв є PIX4Dfields. Саме цей програмний продукт дає змогу створювати карти полів на основі зображень з дронів та аналізувати дані в режимі реального часу: створення ортофотопланів, аналіз інформації отриманою за допомогою мультиспектральних камер (можливість переглядання різних шарів з різних камер), базова аналітика по індексам, виділення зон неоднорідності на полях, створення карт завдань тощо. Програма дуже лояльна до потужності комп’ютера.

Порівняння зображень отриманих із різних камер Зонування поля на у програмі Pix4Dfields на основі зображень мультиспектральної камери

Також слід сказати, що компанії пропонує такі спеціалізовані рішення як PIX4Dsurvey, PIX4Dmatic, PIX4Dcloud, PIX4Dreact, PIX4Dinspect та інші.

Тобто наразі є досить потужна технічна та технологічна база для дистанційного аналізу стану посівів, насаджень тощо. Головне визначитися із потребами: 2D чи 3D картографування, вплив оперативності на результат опрацювання даних, потреба поширенні між учасниками (хмарне середовище, стороннє опрацювання, експорт звітів, тощо). До речі останній параметр досить важливий. Адже якщо система не має можливість поширити отриману чи завантажену інформацію вона нічого не варта.

А. Сухина
a.sukhina@univest-media.com

У матеріалі використано матеріали із презентації Тетяни Кондратенко, експерта з геодезії в компанії DroneUA, менеджера з розвитку бізнесу в компанії GermandronesGmbH

Інтерв'ю
AgroGeneration є одним із провідних агрохолдингів України не лише за обсягами виробничих площ, а й за операційною ефективністю. Головний напрямок діяльності компанії – виробництво зернових та олійних
Ольга Вергелес, менеджер проекту CUTIS
Верховна Рада України 14 березня ратифікувала Угоду про вільну торгівлю з Канадою. Тепер, щоб угода набрала чинності, її має підписати президент України, а також остаточно ратифікувати Сенат і

1
0