Применение беспилотных летательных аппаратов в аграрном производстве

Применение беспилотных летательных аппаратов в аграрном производстве Application of uncleaned aircraft in agrarian production

УДК 332.3

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Волгоградской

области по проекту № 19-416-340014 «Создание нейросетевой системы управления программируемым аграрным производством с использованием ретроспективных данных и результатов дистанционного зондирования для засушливыхусловиях Волгоградской

области»

Мелихова Елена Валентиновна,

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Математическое моделирование и информатика», Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград

Мелихов Дмитрий Александрович,

кандидат экономических наук,младший научный сотрудник, Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград Melikhova E.V., mel-v07@mail.ru Melikhov D.A., dmd73@list.ru

Аннотация: В статье представлен обзор применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в аграрном производстве. Проведенный анализ показал, что БПЛА используются как в качестве воздушных роботов, которые могут выполнять функцию как аэрофотосъёмки, так и для доставки средств защиты растений и выполнения других функций. Квадрокоптер (дрон) можно также использовать для создание 3D моделей различных объектов (зданий, технологических сооружений, мелиоративных объектов и гидротехнических сооружений), либо небольших участков полей площадью менее 0,8 га. При больших площадях полей целесообразно использование аппаратов самолетного типа.

Summary: The article presents an overview of the use of unmanned aerial vehicles (UAV) in agricultural production. The analysis showed that UAV are used both as aerial robots that can perform the function of both aerial photography and for the delivery of plant protection products

and other functions. A quadcopter (drone) can also be used to create 3D models of various objects (buildings, technological structures, land reclamation facilities and hydraulic structures), or small areas of fields with an area of less than 0.8 hectares. For large fields, it is advisable to use aircraft-type devices.

Ключевые слова: беспилотные летательные аппарате, аграрное производство, квадрокоптер, дрон.

Keywords: unmanned aerial vehicles, agricultural production, quadrocopter, drone.

Введение. Актуальность и востребованность применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в агропромышленном комплексе (АПК) обусловлено необходимостью получения оперативной достоверной информации по состоянию фитоагроценозов за весь период вегетации. Спектр использования БПЛА очень широк: мониторинг пастбищ, сельскохозяйственных угодий, оценка объёма работ и контроль их выполнения, охрана сельхозугодий [1,4-6]. В настоящее время на рынке существует множество типов и видов БПЛА: самолётного типа, вертолетного типа, беспилотные аэростаты, гибридные подклассы аппараты [10,11].

Методы и материалы. При проведении исследований на основе системного подхода были использованы методы технико-экономического, компаративного и функционально-морфологического анализа. В качестве информационных источников отбирались сведения по патентной и научно-технической литературе, а также размещенной в глобальной сети интернет [3, 8]. Анализировались возможности и математическое обеспечение применения БПЛА в системах поддержки принятия решений на основе ГИС-технологий [7,9,13].

Результаты и обсуждения. Ниже представлен обзор самых распространённых и наиболее востребованных БПЛА самолетного и вертолётного типа и примеры их использования.

Анализируя публикации по использованию БПЛА нами были испытаны несколько их типов. Виды БПЛА и их характеристики представлены в таблице 1. Опишем положительные и отрицательные стороны аппаратов самолетного типа.

Положительными сторонами данного типа БПЛА является большое покрытие площади фотосъемки за один вылет и скорость получения данных больших территорий быстрее, чем у вертолётного типа. Время одного полена до 50 мин. Комплекс может снять до 4 кв. км за полет с разрешением 5см/пиксел и до 10 кв. км при разрешении 15 см/пиксел. Низкая стоимость при самостоятельном сборе БПЛА самолетного типа.

Таблица 1 — Основные типы БПЛА и их характеристики

Наименование Общий вид Характеристики

Летательный аппарат (ЛА) самолетного типа Подъёмная сила создаётся аэродинамическим способом за счёт напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Аппараты такого типа, как правило, отличаются большей длительностью полёта, максимальной высотой полёта н высокой скоростью.

ЛА в ертолетно го типа(дрон) < > * П^?^ * Аппараты вертолетного типа с вращающимся крылом. Подъёмная сила этого типа создаётся аэродинамически, но не за счёт крыльев, а за счёт вращающихся лопастей несущего вннта (винтов). Крылья либо отсутствуют вовсе, либо играют вспомогательную роль.

ЛА в ертолетно го типа (квадрокоптер) Д а _ _ а /  V

Отрицательными сторонами является сложность в управлении, требует двух операторов для запуска одного БПЛА, требует профессиональной подготовки для управления комплексом, велик риск повреждения дорого оборудования при посадке парашютного типа, размеры БПЛА более 1 метра. Такого типа БПЛА используются, прежде всего, для мониторинга площадных и линейных участков местности, в частности для мониторинг сельскохозяйственных угодий с целью определения их границ. На аппарат может быть установлена и другая полезная нагрузка: тепловизоры, мультиспектральные и ИК-камеры и т.д. С помощью полученных данных с БПЛА возможно создание ортофотоплана или 3D модели местности, создание карты высот, определение состояния поле и определение индекса NDVI.

Положительными сторонами аппаратов вертолётного типа (квадрокоптер, дрон), является способность зависания на месте, что позволяет сделать более четкие фотографии и высокая маневренность дает снимать сложные объекты, простота в управлении за счет программного обеспечения на базе анероид (выбор готового обеспечения для выполнения различных целей и задач), не требует профессиональной подготовки и возможно управление одним оператором. Автоматизированная система безопасности полета существенно снижает риск потери дрона.

Отрицательными сторонами является: дальность полета до 5 км, время полета не белее 25 минут в зависимости от погодных условий. Для использования дрона с целью создания ортофотоплана возможна только для площадей не более 8 соток.

БПЛА часто используют в качестве воздушных роботов. Которые могут выполнять функцию как аэрофотосъёмки, так и доставка чего либо, в зависимости от характеристик полезной нагрузки. Квадрокоптер удобно использовать для создание 3D модели различных объектов (зданий, памятников, сооружений) либо небольших участков полей до 8 сот.

На рисунке 1 представлена систематизация направлений применения БПЛА в агропромышленном комплексе в зависимости от целей использования.

Рисунок 1 — Применение БПЛА в агропромышленном комплексе

По схеме видно, что БПЛА возможно применять в животноводстве, мелиорации, агроэкологии, в сфере мониторинга и охраны земель, в строительстве гидротехнических сооружений и т.д.

В животноводстве возможно контролировать поголовье скота. В агроэкологии -дифференцированное внесение минеральных удобрений с целью обеспечения равномерной густоты стояния растений, создание карты болезней, засоренности посевов, плодородия почвы и др.

Современные БПЛА могут контролировать все агрономические показатели. Начиная с оцифровки рельефа: определения водотоков, мест заболачивания, подготовки почвы к сезону формируя агрономические карты и заканчивая контролем высоты, густоты стояния растений, содержания азота т.д.

Работа систем, использующих дроны подразумевает: а) контроль ситуации на полях; б) обработка информации.

Информация при этом может требоваться не только фермеру, но и аграрным страховым компаниям, банкам и кредитным учреждениям, инвестиционным компаниям и корпорациям развития.

Практика показывает, что спутниковые снимки могут давать искаженные данные [2]. Например, одно поле контролируется в течение пяти дней. В первый день на снимке поле зеленое, на второй день половина красного, то есть болезни, на третий все красное, на четвертый снова проявляется зеленый и в пятый поле снова зеленое. По результатам съемки можно сделать вывод было все хорошо, пошла болезнь, уничтожила посевы, потом все снова прорастает. В действительности же влияние оказывают атмосферные условия, влияющие на интенсивность прохождения света и его отражение. Данные спутника не калибруются в зависимости от погодных условий. Когда же съемка делается на дроне (квадрокоптере), в бригаде работают два человека: пилот и наземный специалист, в чьи обязанности входит проведение атмосферной калибровки, которая позволяет нам сравнивать снимки не взирая на то, в каких условиях они были сделаны.

Дрон можно использовать для внесения средств защиты растений с малообъемным мелкодисперсным оборудованием. На сегодняшний день для осуществления этой функции необходимы дальнейшие научно-технические разработки, такие как точная картография и аккумуляторы для дронов [12].

Выводы. Проведенный анализ показал, что БПЛА часто используют в качестве воздушных роботов, которые могут выполнять функцию как аэрофотосъёмки, так и для доставки средств защиты растений и выполнения других функций. Квадрокоптер также удобно использовать для создание 3D моделей различных объектов (зданий, технологических сооружений, мелиоративных объектов и гидротехнических сооружений), либо небольших участков полей площадью менее 0,8 га.

Список использованной литературы

1. Бидак Э.В., Мевша А.Р., Пода Д.В. Преимущества использования БПЛА в сельском хозяйстве // В сборнике: Новая наука: история становления, современное состояние, перспективы развития сборник статей Международной научно-практической конференции. 2017. С. 197-200.

2. БПЛА: перспективы использования и взгляд в будущее // APK News. 2018. № 9. С. 3437.

3. Волгушева Н.Э., Прокофьев Н.А., Бляхарский Д.П. Технология расчета вегетационного индекса на основании данных беспилотной аэрофотосъемки // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2016. № 2. С. 71-76.

4. Глаголева Г.И. Преимущества применения БПЛА и их использование для нужд сельского хозяйства // В сборнике: Наука и молодёжь Сборник научных трудов. Новочеркасск, 2018. С. 104-106.

5. Захарова Р.В., Гайнутдинов И.Г. Применение беспилотного летательного аппарата при десикации масличных культур // Вектор экономики. 2018. № 11 (29). С. 118.

6. Рековец А.В., Шишко В.И. Использование БПЛА в сельском хозяйстве // В сборнике: Управление устойчивым развитием сельских территорий региона Материалы международной научно-практической конференции. 2018. С. 741-743.

7. Рогачев А.Ф. Математическое обеспечение системы поддержки принятия решений на основе ГИС-технологий // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 2. - С. 144-151.

8. Рогачев А.Ф. Методические подходы к получению и обработке данных дистанционного зондирования для обоснования мелиоративных мероприятий // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2018. — № 4 (52). - С.332-338. DOI 10.32786/2071-9485-2018-04-47.

9. Рогачев А.Ф., Мелихов Д.А. Моделирование оптимальных инвестиционных стратегий фирмы в условиях неопределенности и конкуренции // В сборнике: Управление инновациями 2009 Материалы международной научно-практической конференции. Под редакцией Р.М. Нижегородцева. 2009. С. 57-61.

10. Сулейманов С.Р., Логинов Н.А. Перспектива использования дистанционного зондирования земли и БПЛА в сельском хозяйстве Татарстана // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2017. Т. 12. № 4 (46). С. 17-19.

11. Юн Г.Н., Мединский Д.В. Применение беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве // Наукоемш технологи. 2017. Т. 36. № 4. С. 35-41.

12. Kitonsa H., Kruglikov S.V. Significance of drone technology for achievement of the united nations sustainable development goals // R-Economy. Т. 4. № 3. С. 115-120.

13. Rogachev A. (2015) Economic and Mathematical Modeling of Food Security Level in View of Import Substitution // Asian Social Science. - Vol. 11. - №. - P. 178-185. - DOI: 10.5539/ass.v11n20p178