Slantrange – управление урожаем в промышленных масштабах

Технологии управления урожаем являются естественным развитием аграрных практик в растениеводстве. Более того, этот путь практически неизбежен в условиях изменений климата, сокращения посевных площадей и роста цен на семенной материал, оборудование и агрохимию.

По личному опыту, аграрная сфера, производящая гарантированно востребованный ресурс, сейчас привлекает к себе не только профильных специалистов, но и инженерные кадры, которые стремятся заполнить новые рынки. Идей выдвигается много, от автоматизации существующих процессов до новейших полностью автономных агропредприятий. Но технологии управления урожаем, это новая концепция в растениеводстве, которая потребует и новых приемов земледелия и внедрения нового оборудования для их осуществления.

БПЛА класса мини - универсальные и дешевые помошники для фермера

В растениеводстве многие параметры могут произвольно меняться в широких диапазонах на протяжении вегетации растений. Так, например, в случае открытого грунта, такие параметры, как температурный режим и количество фитоактивной радиации человеком не управляются. С вредителями и бурьянами ситуация также не простая, учитывая, в том числе, и стоимость самих средств защиты. При актуальных на сегодняшний день ценах на агрохимию максимальная рентабельность производства может быть достигнута при дифференцированной обработке посевов, когда удобрения и средства защиты применяются не «в сплошную», а только там, где это целесообразно. Применительно к удобрениям, такой подход может быть реализован при модернизации наземного оборудования, а для средств защиты – все не так просто – вредители приходят без спроса и там, где им удобно. Специальные средства дистанционного мониторинга смогут эффективно дополнить инструментарий агронома. Исторически сложилось, что в Европе и Азии существенный процент занимают небольшие фермерские хозяйства, с площадью полей до 50-70 Га, такие небольшие поля вполне можно обследовать и небольшим БПЛА, например таким как DJI Phantom. Спектральные данные имеют относительно небольшие объемы и могут эффективно обрабатываться существующими облачными сервисами. Измерительный режим для такого спектрального оборудования не принципиален – до выявленных проблемных участков вполне реально дойти и использовать имеющийся классический инструментарий.

Если ориентироваться на универсальные и дешевые БПЛА класса мини, то одно из основных требований к сенсорным системам это миниатюризация и минимальная масса. Заполнить образовавшуюся нишу стремились много производителей и на рынке есть целая линейка различных моделей Sentera, MAPIR и др. рассмотренных в предыдущих статьях.

Технологии для больших площадей

На пост советском пространстве ситуация иная, земельный банк у фермера в несколько тысяч гектаров не является чем-то исключительным. Соответственно, требуется уже специальный аппарат, способный облететь площади в промышленных масштабах. К спектральному оборудованию так же требования другие – измерительный режим является обязательным, поскольку обойти все проблемные зоны агроном физически не в состоянии. Измерительный режим можно обеспечить при учете изменений солнечного освещения, что можно достичь использованием наземных оптических шаблонов или специализированных датчиков. Для небольших полей оптические шаблоны применимы, а для больших площадей зенитный датчик предпочтительней. В качестве примера такого оборудования можно привести систему Parrot Sequoia, в которой кроме основного блока камер есть и специальный датчик, который крепится сверху аппарата.

Система Parrot Sequoia смонтированная на базе БПЛА DJI Phantom

Комплекс Slantrange - дополнительние возможности

Если без более мощного БПЛА, способного облететь за раз сотни гектаров, все равно не обойтись и требуется специальный аппарат, то вполне реально и не гнаться за миниатюризацией и минимумом массы измерительного комплекса, реализовав в нем дополнительные функции.

Большие поля характерны для США и Канады, именно под промышленные масштабы и разрабатывался принципиально новый комплекс Slantrange (США).

Комплекс Slantrange

Комплекс Slantrange в полевом применении.

К сожалению, информация про практически все новое оборудование на рынке носит прежде всего рекламный характер. Такие эпитеты как «инновационный», «прорывной» и т.д. не являются для читателей необычными, тем не менее, попробуем разобраться почему комплекс Slantrange действительно можно считать выдающимся решением.

Изюминкой комплекса Slantrange является то, что он методологически создавался именно под технологии управления урожаем, а не являлся клоном спутниковых технологий. Для достижения этих целей были предприняты как технические, так и программные решения.

Современные практики в растениеводстве включают в себя подкормку и внесение средств защиты растений непосредственно в полевых условиях в определенные этапы вегетации. То есть, для дифференцированного внесения агрохимии нужно обеспечить получение информации, ее обработку, интерпретацию полученных результатов и произвести внесение реагентов. Все это усложняется тем, что время жестко ограниченно (в среднем 7-10 дней), а рост растений определяется не только планами агронома, но и погодными условиями, которые, отнюдь, не стабильны год от года. В идеале, летать желательно постоянно, это стоит хоть и не больших денег, но требует организационных усилий, на что хозяйства идут не охотно. Поэтому, агрономы стараются давать задание на вылет тогда, когда растения уже точно находятся в нужной стадии вегетации – отсюда, типичная задержка в вылете на несколько дней. Для съемки нужны определенные погодные условия. В случае со спутниками, которые при облачности не работают, все сложно. БПЛА могут работать и под облаками, но и для них крайне желательна равномерная освещенность – то есть, подходящие условия для съемки могут быть ограниченными. По этой причине, для управления урожаем, время, необходимое на получение и обработки информации нужно минимизировать.

В существующих сегодня на рынке системах для мультиспектральной съемки, использующих БПЛА, подход к обработке информации взят от спутниковых технологий, когда данные (полученные снимки) по интернету загружаются в «облако», где и происходит их дальнейшая обработка. Для спутниковых технологий такое решение вполне очевидно – антенных комплексов, необходимых для связи со спутниками, не так много, и они, естественно, имеют развитую инфраструктуру средств связи. А, вот в полевых условиях, где есть только мобильный интернет, передача десятков гигабайт информации будет не простой задачей. Кроме того, удаленная обработка информации в облаке вызывает определенные опасения владельцев, поскольку остается вероятность несанкционированного доступа к этой конфиденциальной информации посторонних.

Для автономной обработки данных, непосредственно в полевых условиях, разработчики Slantrange создали свое программное обеспечение Slantview, которое может работать автономно без интернета. Такие решения существовали и у других разработчиков, но изюминкой Slantrange стала интеграция вычислительного блока непосредственно в сенсорную систему, монтируемую на дрон. Для больших площадей в сотни гектаров время полета занимает несколько часов и часть простых, но объемных расчетов можно делать и непосредственно в воздухе. Благодаря этому, на земле данные для окончательного расчета загружаются с флэш-карты на ПК и готовые результаты можно получить в течении нескольких десятков минут. Правда, такой результат требует мощных компьютеров, которые представлены на рынке в широком ассортименте.

Из личного опыта

Исходя из личного опыта поле в 80 гектар обсчитывали в течении часа после посадки, правда в место рекомендованного процессора Core I7 в наличии имелся только Core I3. Впрочем, и такой результат фермеров впечатлил. Главный агроном пообещал на следующий выезд обеспечить компьютер помощнее. При такой скорости обработки можно реально выводить технику в поле непосредственно в день полета. Эта возможность предусмотрена разработчиками программы Slantview, где, кроме стандартных файлов форматов geotiff (непосредственно на ПК) и kmz (используется в интернет приложениях google maps) полученные результаты съемки (индексные карты) можно сохранять в Shape-формате. Файлы данного расширения используются для создания заданий непосредственно для наземного оборудования.

Итак, что можно сказать об аппаратной части комплекса Slantrange:

• Возможность обработки спектральных данных непосредственно в полете;
• Система стабилизации изображения – не нужен специальный подвес что актуально для большинства моделей БПЛА, особенно самолетных;
• Высокоэффективная съемка при картографировании благодаря которой достаточно иметь 20% перекрытие снимков для получения индексной карты в программном продукте SlantView.

Альтернативные решения есть, но изюминка в программном обеспечении...

Результат хороший, но, в принципе, достижимый и при использовании другого оборудования. Обработка данных «на месте» будет дольше, но это не принципиально. Тем более, что большие вычислительные мощности можно организовать без оглядки на энергопотребление, массу и габариты. Аппаратные системы стабилизации спектрального оборудования уже давно применяются, хоть и усложняют и утяжеляют системы. Небольшая величина минимального бокового перекрытия снимков - несомненно большое преимущество в условиях промышленных масштабов съемки. Но принципиально это преимущество может быть реализовано за счет применения большего количества аппаратов. В таком случае стоимость необходимого количества оборудования и время уже являются важнейшими параметрами. Словом, аппаратная часть комплекса Slantrange весьма достойная, в чем-то эксклюзивная. Но по-настоящему выдающимся комплекс делает именно программа обработки данных SlantView, разработанная под инновационную методологию программирования урожая. Обычно, в рекламе описываются именно камеры, хотя в данном случае, основные инновации, именно, в программных решениях, им мы и посвятим следующую статью.