В статье рассмотрены различные виды беспилотных летательных аппаратов, приведён обзор различных БПЛА отечественных и зарубежных производителей. Проанализировано возможное технологическое перспективное применение беспилотных летательных аппаратов в растениеводстве.
По данным маркетинговых исследований ведущих иностранных компаний, развитие беспилотных авиационных и космических систем приведет к росту распределенных систем безопасности полетов и обмена информацией. Повышение надежности защищенных сетевых коммуникаций обеспечит массовое безопасное использование беспилотных аппаратов.
Над территорией Российской Федерации к 2035 году постоянно (в режиме «24/7/365») могут находиться в воздухе не менее 100 000 беспилотных воздушных судов (БВС), объединенных в единую систему предоставления работ и услуг для удовлетворения различных постоянно возрастающих потребностей экономики, в том числе сельскохозяйственного производства.
Среднесписочная численность занятых в разработке и производстве беспилотных авиационных систем (БАС) составит 50 000 человек, численность занятых в эксплуатации БАС, обеспечении комплексных решений и услуг на их основе достигнет 500 000 человек к 2035 году.
Оценки показывают, что объем мирового рынка БАС, комплексных решений и услуг к 2035 году составит более 200 млрд долларов США (в текущих ценах). Изменится не только структура рынка, но и запросы потребителей, под которые придется адаптироваться новым лидерам в глобальной конкуренции. Доля России на этом развивающемся рынке может составить более 35–40 млрд долларов США. Возникнут крупные отечественные компании, которые зададут отраслевые стандарты в своих сегментах.
По данным организации AUVSI, в отчете под названием «The Economic Impact of Unmanned Systems Integration in the United States» (об этом говорится в официальном докладе Международной ассоциации беспилотных систем (Аssociation for Unmanned Vehicle Systems)) сообщается о том, что применения БПЛА в сельском хозяйстве будут преобладать над всеми остальными применениями («dwarf all others») и к 2025 году около 80% рынка беспилотных машин (дронов) будет занято в сельском хозяйстве США.
При наличии государственной поддержки Россия может занять от 15–20% (базовый сценарий) до 20–25% (оптимистический сценарий) мирового рынка в сегменте «Сельское хозяйство» к 2035 году. В денежном выражении объем рынка по оказанию услуг на основе БАС в данном сегменте, занимаемый российскими компаниями, может достичь к 2035 году 240 млрд рублей, а продажа БВС составит дополнительные 27 млрд рублей.
Общемировой подход к использованию беспилотников: это класс устройств, применяемый до высоты 120 метров в области прямой видимости. БПЛА широко применяются в Японии, Австралии, Новой Зеландии и Южной Корее (компания Yamaha Motor), США, Италии, Китае, Бразилии.
Применение БПЛА в сельском хозяйстве имеет огромный потенциал и с каждым годом интерес к их использованию растет. Использование беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве является инновацией для России, в первую очередь, при реализации задач точного земледелия. Беспилотники оснащаются мультиспектральными камерами, высокая четкость изображения которых позволяет точно определять проблемные участки поля, разнообразными датчиками, системами спутниковой навигации, малогабаритными бортовыми компьютерами и оборудованием для внесения химикатов.
Беспилотные летательные аппараты в сельском хозяйстве смогут решать следующие задачи:
- создания электронных карт полей (построение 3D модели полей);
- инвентаризация сельхозугодий;
- оценка объема работ и контроль их выполнения, с целью оптимального построения систем ирригации и мелиорации;
- оперативный мониторинг состояния посевов (БПЛА позволяет быстро и эффективно строить карты по всходам);
- отслеживать Normalized Difference Vegetation Index - нормализованный вегетационный индекс, с целью эффективного внесения удобрений;
- оценить всхожесть сельскохозяйственных культур;
- прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур;
- экологический мониторинг сельскохозяйственных земель;
- охрана сельхозугодий;
- опрыскивание посевов химическими препаратами для борьбы с вредителями и болезнями;
- оценка химического состава почвы.
По данным специалистов Greenbiz, наиболее яркими примерами использования БПЛА в сельском хозяйстве являются услуги компаний в США. Например, компания Vine Rangers (Калифорния) предлагает фермерам услуги аэрофотосъемки виноградников с БПЛА для последующей выдачи рекомендаций о времени опыления, ирригации, а также выявления заболеваний растений.
Компания собирает данные с дронов и представляет управляющим виноградниками доступ к данным и рекомендации через Web-интерфейс. Планируемая частота облетов - раз в неделю, планируемая цена услуг - $20 за акр.
AeroHarvest - эта калифорнийская компания, как и Vine Rangers, фокусирует свои усилия на виноградниках. Компания обещает поиск утечек воды и оптимизацию расписания поливов.
AgWorx - специалисты в области точного сельского хозяйства из Северной Каролины, которые обещают взять на себя выбор оптимального времени уборки, а также представить собственные приложения для сбора всех необходимых данных с земли и с дрона.
Digital Harvest - компания из Вирджинии, которая специализируется на сельскохозяйственной информатике.
Leading Edge Technologies - компания в Миннесоте, превращающее собранные дроном данные в «результаты разведки фермы», пригодные для таких приложений, как управление зерновыми посевами и для принятия фермером других обоснованных управленческих решений.
Trimble Navigation - калифорнийская компания, специализирующаяся в области точного сельского хозяйства с приложениями для самых разных видов мониторинга и управления - от мониторинга урожая до управления расходом воды.
Wilbur-Ellis - крупный поставщик сельхозоборудования из Сан-Франциско, работающий над ПО для агрономов, интегрирующим данные спутниковых и дроновых снимков.
PrecisionHawk - стартап, создающий «рынок алгоритмов», которые помогают интерпретировать данные, собранные со спутников и дронов. Потенциальные применения включают мониторинг окружающей среды.
Lancaster UAV позволяет собирать данные, необходимые для принятия управленческих решений на фермах и садах. Полевые испытания проводятся в течение нескольких лет. Большинство исследований и разработок проводится в Онтарио. За последние шесть месяцев был заключен ряд соглашений о выполнении полевых испытаний и исследований на территории США.
SenseFly, Шезо-Лозанна (Швейцария) разработала систему eBee Ag, включает в себя программное обеспечение eMotion и летающий модуль со встраиваемой камерой разрешением 2 сантиметра на пиксель. Совместно эти компоненты способны создавать точные 3D карты.
Компания DJI (Китай) в 2015 году разработала БПЛА DJI Agras MG-1, который выполнен во влаго- и пылезащищеном исполнении из материалов, не подверженных коррозии, в связи с чем после выполнения работы дрон может быть вымыт и сложен для транспортировки.
Восьмимоторный Agras MG-1 может нести до 10 кг опрыскивающей жидкости и покрывать площадь от 3.2 до 4 км за час. Это в 40 раз эффективней ручного опрыскивания. Дрон может лететь со скоростью до 8 м/сек. и при этом регулировать интенсивность опрыскивания в зависимости от скорости, не снижая при этом эффективность распыления.
В России основными отечественными компаниями, занимающимися разработкой беспилотных авиационных систем для сельского хозяйства, являются:
1. ООО Научно-производственное предприятие «Автономные аэрокосмические системы — ГеоСервис»;
2. Группа компаний «Геоскан»;
3. Группа компаний ZALA AERO.
Например, фирма GeoServis предлагает БПЛА, адаптированные для сельского хозяйства. БПЛА запускается вручную, взлетает и садится в автоматическом режиме (на автопилоте) по загруженному маршруту. Беспилотник, пролетая по заранее спланированному в ГИС маршруту, выполняет цифровую съемку местности. Результатом съемки являются снимки высокого разрешения на запрограммированных точках по GPS координатам.
После полета БПЛА приземляется в ту же точку, откуда он взлетел. Для каждого снимка получается полный набор цифровой информации: географические координаты центральной точки снимка, высота съемки, угол экспонирования и полный набор телеметрических данных для переноса и использования в общепринятых ГИС системах (например, ArcView или MapInfo).
Таким образом, все фотографии являются геопривязанными и их можно сшить в один большой ортофотоплан поля. За один день одна группа операторов с одним БПЛА Supercam-350 выполняет аэрофотосъемку площадью 20*20 км, т.е. аэрофотосъемка с БПЛА может заменить спутниковые снимки высокого разрешения для сельского хозяйства.
БПЛА могут оснащаться мультиспектральными камерами, которые применяются для мониторинга изменений показателей растительности с использованием видимого и ближнего инфракрасного спектра. Показатели, полученные с помощью ближнего инфракрасного спектра, позволяют обнаружить изменения растительности задолго до того, как соответствующие изменения проявятся в видимом спектре.
Листья растений, в которых происходит фотосинтез, отражают излучение от 700 до 1000 нм в ближней инфракрасной области спектра. В мультиспектральных системах эта область спектра, как правило, применяется для отслеживания состояния здоровья растений, т.к. она показывает изменения в коэффициенте отражения, когда растение испытывает стресс. Для того чтобы рассмотреть невидимое излучение в ближней инфракрасной области спектра, создается изображение в «ложных» цветах. Так, излучение в ближней инфракрасной области спектра отображается на рисунке в красном цвете.
Красный цвет отображается как зеленый, а зеленый – как синий. На мультиспектральном изображении сельскохозяйственного участка, представленном ниже, отражаемое излучение в ближней инфракрасной области спектра, преобразованное в красную структуру, и отражаемое зеленое излучение, преобразованное в синее, создают красноватую структуру повсеместно, где на изображении присутствуют растения, в клетках которых происходит фотосинтез.
Мультиспектральные и инфракрасные тепловые камеры, как чрезвычайно легкие и надежные, используются для анализа биологической активности и здоровья растений. По полученным сверху цифровым фото-картам и координатам определяются наиболее уязвимые и требующие внимания участки поля.
Подводя итоги, можно смело утверждать, что за последние 5-6 лет по развитию этой отрасли машиностроения сделано во много раз больше, чем за все предыдущие годы. Это позволяет считать эту отрасль бурно развивающейся с большими перспективами по разнообразию конструкторских решений. Особенно выделяется создание большой гаммы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) - портативных размером менее 1 м2 (дронов) до дельтапланов. Большой успех наблюдается и в развитии малой авиации с размахом крыльев от 2 до 5 метров. Функциональные возможности БПЛА и малой авиации постоянно расширяются.
Следует добавить, что в полевом опыте Центра точного земледелия РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева последние два года также испытываются отечественные БПЛА, которые положительно зарекомендовали себя при освоении технологии точного земледелия.
Д.О. Хорт, к. с.-х. н., Г.И. Личман, д. т. н., Р.А. Филиппов, к. с.-х. н., (ВИМ);
А.И. Беленков, д. с.-х. н. (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
"Нивы России" №5 (138) июнь 2016
.gif)
Нет комментариев. Ваш будет первым!