Технология мультиспектральной съемки с дронами для точного земледелия

Современные агротехнологии сокращают издержки и потери производства, увеличивает урожайность и снижают вероятность ошибок. Расскажем об одно из перспективных направлений цифровизации АПК - это точное земледелие с применением беспилотных решений и мультиспектральных сенсоров.

Специалисты компании Aeromotus (интегратор беспилотных технологий и официальный дилер DJI) одни из первых в России начали внедрять беспилотные комплексы на предприятиях АПК. Сегодня они делятся практическим опытом применения дронов с мультиспектральными камерами на полях России.

🔸Мультиспектральная съемка полей с БПЛА

Известно, что на урожайность зерновых, бобовых, масличных культур влияет огромное количество факторов: рельеф поля, минеральный состав и влажность почвы, засоренность сорняками, обработка удобрениями, пестицидами и многое другое.

Агрономы и фермеры регулярно оценивают их влияние на растение в каждой стадии вегетации. Для этого приходится контролировать огромные площади полей. Оптимизировать и практически автоматизировать такую трудоемкую и ответственную задачу, конечной целью которых является снижение финансовых затрат и увеличение урожайности, можно с помощью беспилотных технологий.

Информация, получаемая в результате обработки мультиспектральной съемки с дрона помогает управлять полем и принимать взвешенные решения с наименьшим риском для ситуации на основе объективных данных. БПЛА помогает вести постоянный мониторинг состояния культур, контролировать уровень влажности, рационально вносить удобрения и прочее.

🔹Почему растения зеленые или немного теории о природе света

Свет – это электромагнитное излучение, у которого есть диапазоны. Для анализа объектов сельского хозяйства используются самые востребованные и информативные диапазоны видимого спектра - синий, красный и зеленый, а также дальний красный и инфракрасный. С помощью этих диапазонов рассчитываются карты вегетационных индексов (NDVI, NDRE, VARI, LCI и др.), по которым можно оценивать продуктивность сельхозугодий и прогнозировать урожайность.

От каждого объекта на земле отражается свет. В зависимости от длины волны видится тот или иной цвет. От растения отражается свет в зеленом диапазоне и поэтому в видимом спектре растения зеленые. Инфракрасное излучение не воспринимается человеческим глазом, но также отражается от растения в паре с зеленым участком спектра. Информация о том, какие лучи отражаются растением, а какие поглощаются или проходят мимо волн, помогает понять, что происходит с производимыми культурами.

Степень взаимодействия исследуемых объектов с электромагнитным излучением можно зафиксировать с помощью беспилотника, оснащенного мультиспектральной камерой. По итогам такой съемки все данные обрабатываются в специализированном ПО в практически автоматизированном режиме. В итоге аграрии обладают исчерпывающей информацией о состоянии растений на полях в виде специальных карт.

Основным вегетационным индексом для проведения анализа состояния посевов является NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). C помощью NDVI агрономы определяют количество и качество фотосинтетически активной биомассы. Стоит отметить, что NDVI не определяет причину тех или иных проблем на поле, но позволяет установить измененные состояния растительности. Это значительно упрощает процесс контроля за созреванием урожая и позволяет вовремя предотвратить различные нежелательные процессы

🔸БПЛА с мультиспектральной камерой оптимизируют работу агронома

С беспилотниками агроному и фермеру больше не нужно тратить много времени на обход и сбор данных с огромных полей. Дрон может облететь территорию значительно быстрее и собрать необходимую информацию. Такие мониторинги можно производить без ручного управления по заранее заданному маршруту полёта. При этом в таких съемках исключаются риски, связанные с человеческим фактором.

Самый оптимальный и удобный вариант для облета больших территорий - промышленная летная платформа DJI Matrice 300 RTK:

Сельскохозяйственная камера для интеграции с Matrice 300 RTK: Мультиспектральная камера MicaSense RedEdge-MX

• Создает ортофотопланы и индексные карты в цветах (RGB).
• Интегрируется с большинством беспилотников через DJI SkyPort.
• Охватывает широкий диапазон спектра для мониторинга растений. Благодаря камере можно провести детальный осмотр мелководья и проанализировать эффективность хлорофилла.

Мультиспектральные камеры - это «глаза» агронома, с помощью которых можно провести очень быстрый и качественный мониторинг полей.

Вложения в такое высокотехнологичное оборудование окупаются обычно за год за счет увеличения количества и качества урожая.

Для анализа и обработки снимков применяется специализированное программное обеспечение DJI Terra, которое будет сшивать снимки в карты и обрабатывать их.

👉Подробнее об этом смотрите в видео >>

🔹Индексы растительности, вычисляемые мультиспектральной камерой и ПО

Как выше говорилось, индексы, указывающие на состояние растений и их развитие, вычисляются при сборе данных, полученных мультиспектральной камерой и анализе их в ПО. Визуализация индексов может осуществляться на ортофотоплане в реальном времени.

Основные индексы, используемые в анализе:

• NDVI - индекс позволяет прогнозировать урожайность, отличать сорняки от культурных растений, выявлять болезнетворные процессы. На картах полей данного индекса можно увидеть густую или разряженную растительность, открытые почвы, снег и лед, воду, искусственные материалы.
• EVI применяется для коррекции фоновых сигналов почвы и уменьшения атмосферных воздействий, в которых скорректирована погрешность на почву.
• NDRE рассчитывает концентрацию азота в листьях.
• NDWI — водный индекс.
• LAI используется для расчета площади листовой поверхности, в основном он рассматривает только верхний ярус листьев.

Имея на руках карты полей вегетационных индексов, агроном сможет оперативно и точно определяет проблемные участки на поле, засоренные сорняками участки, местности с излишней или недостаточной увлажненностью почв и прочее.

🔸Несколько примеров использования мультиспектральных камер DJI

Специалисты по работе с мультиспектральной съемкой Aeromotus исследовали поле, на котором выращивали для эксперимента 22 сорта озимой пшеницы со стартовым количеством удобрений. Сравнивали методы листовой диагностики.

Половина поля была с минеральным удобрением, другая - без. Во вложении Вы можете увидеть, где вносили удобрения, а где их не было.

Второй пример - специалисты определяли на поле с сафлором сорняки (вьюнок полевой, ширица запрокинутая). Светло-зеленый цвет на карте - это

сафлор. Темные пятна - это сорняки. Их достаточно просто было определить по снимкам с дронов с мультиспектральными камерами и предоставить данные исследования для дальнейшего принятия решений.

Третий пример - «полосатое» поле. На фото 9 видны четкие полоски. Был вопрос, - почему так получилось? Выяснилось, что минеральное удобрение вносили с помощью разбрасывателя органических удобрений во время сильного ветра и все удобрения сдувало под разбрасыватель. В итоге удобрения неравномерно распределилось на поле, а полосами.

🔹Внедрение БПЛА в хозяйствах России

Примеров применения дронов DJI и задач, которых они решают в отечественном сельском хозяйстве достаточно много. Перечислим некоторые из них:

Построение карт рельефа на рисовых полях для поиска нулевой точки,

Мониторинг состояния растений во время вегетации, подсчет всходов с помощью машинного зрения.

Дифференцированное внесение гербицидов по парам, поиск сорняков во время вегетации подсолнечника.

• Мультиспектральная съемка болезней и вредителей растений.
• Оцифровка полей, создание карт агрохимического анализа и сопоставление с зонами продуктивности, корректировка севооборота.
• Оценка состояния кормовых трав, производимых для животноводческого хозяйства.

Мультиспектральные камеры и БПЛА используются во всем мире для контроля полей и качества растений. Эти технологии становится все более востребованными и в России, превращая АПК нашей страны в высокотехнологичную отрасль.

Опытом применения мультиспектральных камер поделились специалисты Aeromotus.

📌Подробнее о примерах применения и технологии мультиспектральной съемки с помощью беспилотного оборудования смотрите в видео >>

🔸Интеграция беспилотных технологий для агропредприятий в России

Компания Aeromotus, официальный дилер DJI, является интегратором беспилотных решений для различных организаций в России.

Многие предприятия АПК начали свой опыт внедрения БПЛА с сотрудничества с Aeromotus. Особенностью работы компании является комплексный подход к внедрению беспилотного оборудования.

Команда специалистов компании оказывает услуги по выбору и внедрению профессиональных беспилотников в производственные процессы предприятия, выполняет пуско-наладочные работы оборудования, проводит обучение сотрудников пилотированию и обработке полученных данных, проведению последующей аналитики.

На протяжении всего срока эксплуатации, специалисты Aeromotus осуществляют постоянную техническую поддержку для операторов дронов, что позволяет эффективно использовать преимущества беспилотных технологий и избежать различных форс-мажорных ситуаций.