Беспилотники в сельском хозяйстве

Идея создания беспилотных летательных аппаратов возникла ненамного позже изобретения пилотируемых самолетов и вертолетов. Новую технологию стали использовать специалисты военной области несмотря на то, что создатель первого беспилотного радиоуправляемого судна предлагал для нее другое применение.

Все беспилотные летательные аппараты (БПЛА) различаются по конструкции, способу координации, дальности полета, грузоподъемности, времени работы без подза- рядки или пополнения топлива и другим параметрам.

В зависимости от способа координации бывают автономные и дистанционно управляемые установки. В первые заносят программу автопилота, и они движутся строго по заданной траектории. Вторые летят согласно сигналам, подаваемым с пульта, компьютера или смартфона.

В настоящее время беспилотники стараются внедрять и применять в различных сферах деятельности. Основные области применения представлены на рисунок 1.

i Аэросъемка и геодезия Вычисление объемов земельных работ Создание 3D моделей местности Создание орто фотопланов Картографирование

Анализ продуктивности и урожайности;

Определение площади участков;

Оценка состояния земель:

Оценка всхожести

Авиаучет скота;

; Чрезвычайные ситуации

Ликвидация ЧС

Создание 3D моделей местности

Создание орто фотопланов

Картографирование

Мониторинг Г осударственные границы Особо охраняемые зоны Мониторинг загрязнений Порожное строительство рКелезные дороги

Рисунок 1. Применение беспилотников

Беспилотники начинают активно использовать и в сельском хозяйстве. В сельском хозяйстве БПЛА являются серьезным инструментом для точного измерения. Для повышения всех процессов на предприятии современные аграрные предприятия стремятся к внедрению беспилотников и технологий, связанных с ними для точного земледелия.

Обеспечение актуальности и точности информации – это самые приоритетные задачи аграрных предприятий. Основное требование к информации заключается в ее получении как можно мобильнее и быстрее, хотя данные можно получать и от разных источников, но для правильных, современных решений следует обращать внимание на мобильность. На данный момент одним из перспективных решений данной проблемы является использование данных, полученных с беспилотного аппарата.

Определение, одобренное Ассамблеей ИКАО, «беспилотный летательный аппарат (дрон) представляет собой воздушное судно без пилота, которое выполняет полет без командира воздушного судна на борту и либо полностью дистанционно управляется из другого места с земли, с борта другого воздушного судна, из космоса, либо запрограммировано и полностью автономно» [2].

Беспилотники могут принести компаниям много пользы, так как обладают большими возможностями, к примеру, аэрофотосъемка. Аэрофотосъемку при помощи беспилотного летательного аппарата можно представить в несколько этапов: подготовительного, аэрофотографирования и камеральной обработки. Оборудование беспилотника, совершая полет производит запись различных параметров – это координаты, скорость и параметры ориентирования.

После проведения аэрофотосъемки беспилотник предоставляет файл журнала полета, где следует выбрать координаты, которые совпадают с моментами аэрофотографирования, и присвоить их соответствующим снимкам. Благодаря использованию высокоточных GPS-приемников, которые располагаются на борту беспилотника, можно произвести привязку с необходимой точностью посредством измерения координат центров фотографирования [5, 7].

Таблица 1. Этапы аэросъемки

Этапы аэрофотосъемки	Производимые работы
Подготовительный	Изучение местности, подготовка имеющихся карт и иных источников информации.
	Установление требований к снимкам: разрешение, координаты места съемки.
	Создание полетного задания для БПЛА.
Аэрофотосъемка	Уточнение местоположения стартовой площадки и точки возврата, введение данных о скорости ветра и его направлении.
	Запуск летательного аппарата.
	Проведение съемки.
	Посадка летательного аппарата.
Камеральный	Экспорт данных с БПЛА в программные комплексы.
	Генерация файла привязки центров фотографирования.

В результате завершения аэрофотосъемки с беспилотника, исходные изображения подлежат обработке в специальных фотограмметрических комплексах. Из этих изображений необходимо извлечь информацию, которую можно произвести двумя способами – фотограмметрическими измерениями и дешифрованием.

В фотограмметрической обработке происходит трансформирование снимков, где они приводятся в конкретную картографическую проекцию. Соответственно, по данным снимкам можно определять положение объектов в пространстве. В свою очередь процесс дешифрования заключается в получении качественных характеристик объекта.

Проведя фотограмметрическую обработку, можно получить ортофотоплан. Это фотографический план местности на точной геодезической основе, который был получен при помощи аэрофотосъемки с последующей обработкой и преобразованием снимков из центральной проекции в ортогональную, используя метод ортотрансформирования. Ортофотоплан применяют в сельском хозяйстве, где создаются цифровые карты, удовлетворяющих точности и качеству метрического и семантического описания объектов местности.

Процесс обработки ортофотоплана происходит следующим образом:

• 1.    Импорт снимка и метаданных в программу.

• 2.    Регистрация полученного растра.

• 3.    Векторизация растрового изображения.

• 4.    Построение цифровой модели рельефа (ЦМР) при необходимости.

• 5.    Вывод данных и их дальнейшее использование в системе.

Для получения растрового представления снимка необходимо сделать импорт изображения. У изображений, полученных с беспилотников, имеются точные метаданные, то есть это геопривязка или местоположение снимка, дата его создания, процент облачного покрытия и другие свойства.

Далее происходит регистрация полученного изображения для пространственной привязки растра и происходит это присвоением пикселям растрового изображения координат. Правильнее всего точки-привязки расположить по всей поверхности изображения на максимальном расстоянии друг от друга. Стандартное число точек достигает трех-четырех, но, чтобы повысить точность привязки, количество точек следует увеличить до 10-12.

Анализировав привязанные изображения, можно выполнить в сельском хозяйстве автоматическое измерение расстояний, площадей и периметров географических объектов [1, 6].

Векторизация или оцифровка состоит из создания векторных объектов. Используется всего три способа оцифровки: ручная, полуавтоматическая, автоматическая. Ручной способ состоит в обводе границ объектов на дисплее с закреплением координат характерных контуров.

Автоматическая оцифровка осуществляется при помощи векторизаторов. Они должны определять географические объекты. Также они могут распознавать и выделять из растрового изображения точечные, линейные и площадные объекты, сопоставить снимок со встроенными

в программу условными знаками. Полуавтоматическая оцифровка осуществляется при помощи векторизаторов, при помощи операторов, при условии, когда программа не может выполнить векторизацию автоматически. От сложности изображения и масштаба работы зависит и выбор технологии [4].

Стоит отметить одну особенность беспилотных летательных аппаратов – это возможность представить данные в виде накладывающихся слоев друг на друга. Параллельно с этим происходит генерация географических объектов с наследованием атрибутивной информации. Вводить набор семантических данных можно при помощи векторных точечных, линейных и площадных моделей объектов для выбранных объектов. Если использовать специальный инструментарий, можно построить по атрибутам тематические картограммы, сделать классификацию данных по группам, категориям, численности, а также проанализировать территорию.

Если простроить и визуализировать рельеф, то анализ местности станет более удобным и наглядным. Цифровые модели рельефа – это математическое представление участка земной поверхности, полученное путем обработки материалов топографической съемки. Цифровые модели рельефа строится по горизонталям в поверхностях совокупности непересекающихся треугольников (TIN) или модели, представляющую матрицу отметок высот (GRID).

TIN – совокупность непересекающихся треугольников. Вершинами таких треугольников являются точки с известными координатами. Рельеф при этом изображается многогранной поверхностью, где грани описываются линейной функцией [2, 6].

GRID – модель, которая представляет собой матрицу отметок высот, получаемую при интерполяции данных. Существует возможность представления такой модели в трехмерном виде. Для этого она совмещается с ортофотопланом. Особенность этого моделирования состоит в том, что при отображении можно изменять масштаб по оси Z, таким образом скрывая или выделяя различные элементы земной поверхности [1].

Цифровая модель рельефа совместно с векторными моделями местности позволяет создать цифровую модель местности, которая необходима для принятия решений по территориальному планированию и управлению ресурсами.

Подготовка бумажных и цифровых материалов проекта – это последний этап, для которого существуют инструменты для компоновки атласов, карт, диаграмм и графиков с дальнейшей подготовки к печати или для демонстрации на мультимедийном проекторе [7].

С использованием беспилотных летательных аппаратов решается значительное количество задач за счет имеющих место проблем территориального управления, экологических, навигационных и др. Для их решения и реализации в рамках сельского хозяйства следует поддерживать картографическую информацию в актуальном состоянии и оперативно вносить изменения. Такой метод получения информации, как аэрофотосъемка с БПЛА, следует рассматривать как наиболее экономически выгодный, дистанционный и эффективный для обеспечения АПК необходимой информацией.