Дрон DJI Mavic 3M – новое технологичное решение для сельского хозяйства
В конце 2022 года компания DJI представила новое технологическое решение для выполнения задач сельского хозяйства – компактный мультиспектральный дрон .
Специалисты компании , интегратора беспилотных технологий и официального дилера ведущего мирового бренда беспилотников DJI, в данной статье рассмотрели аспекты применения Mavic 3M: технические характеристики, оснащенность, области применения, отличия от других моделей и преимущества перед ними.
Общие характеристики и функциональные возможности дрона Mavic 3 MMavic 3 Multispectral представляет собой продолжение линейки, в которую входит также Mavic 3Е для геодезии, кадастра и горных работ, и для тепловизионного мониторинга (например, линий электропередач). Главное отличие данной модели — в наличии мультиспектральной камеры и сенсора освещенности, которые находят свое применение в сельском и лесном хозяйстве.
Новый DJI Mavic 3 M обеспечивает получение полноценных изображений состояния сельскохозяйственных культур для точного управления сельскохозяйственным производством и кардинально меняет подход к выполнению данной задачи.
Высокая производительность дрона позволяет выполнять съемку территории в 200 гектаров за один полет без использования наземных контрольных точек. Позиционирование на сантиметровом уровне и синхронизация до микросекунд дают точное положение камеры. Пользователи могут получить подробные характеристики исследуемого поля для проведения межевания (площадь, границы) и анализа рельефа, а также для выполнения таких задач, как опрыскивание и внесение удобрений.
Mavic 3M оснащен 20-мегаписельной RGB камерой, четырьмя 5-мегапиксельными мультиспектральными камерами и датчиком освещенности для получения точных мультиспектральных изображений. С помощью индексов вегетации, рассчитываемых на платформе или DJI SmartFarm, различия в росте определяются с высокой четкостью. Также может быть сгенерирована карта предписаний для дифференцированного внесения удобрений.
Mavic 3M способен выполнять и другие задачи по получению информации о состоянии сельхозугодий. Собранные данные могут быть загружены на платформу DJI SmartFarm в режиме реального времени через 4G сеть для выявления аномалий, таких как нарушение всхожести, наличие сорняков и пр. Облачная платформа позволяет удобно обмениваться информацией о состоянии полей между всеми участниками.Также можно использовать инструменты искусственного интеллекта платформы для мониторинга урожайности, что позволяет всего одному человеку легко управлять крупными хозяйствами.
Mavic 3M хорошо подходит для контроля таких культур, как кукуруза, пшеница, хлопок, картофель и многих других. С помощью улучшенного протокола связи DJI Transmission Mavic 3M может проводить съемку в горах, лесах и кустовых садах на больших расстояниях и больших площадях. Благодаря направленным датчикам препятствий, Mavic 3M может следовать по рельефу, поддерживая заданную высоту полета, что значительно повышает эффективность и безопасность работ.
С помощью ПО DJI Terra или платформы DJI SmartFarm можно вести подсчет деревьев, а также автоматически различать деревья, кустарники и другие типы растительности. Опираясь на данные, полученные с Mavic 3M, пользователь может сгенерировать маршруты и миссии для сельскохозяйственных дронов, что делает задачи по опрыскиванию более безопасными и точными.
Общие характеристики• Вес: 951 г.
• Время полета: до 43 минут.
• Ветровые ограничения: 12 м/с.
• RGB камера 20 МП, 4/3 дюйма с механическим затвором.
• 4х5 МП мультиспектральных камеры, G/R/RE/NIR.
• Встроенный датчик освещенности.
• Система связи O3 Enterprise Transmission.
• Модуль RTK в комплекте.
Одна из важных характеристик и особенностей нового дрона — это компактность: он весит всего 951 грамм и практически помещается в карман. Время полета увеличилось до 43 минут, конечно, в близких к идеальным погодных условиях. Еще один важный показатель — ветровые ограничения, которые он способен выдерживать, это до 12 метров в секунду.
RGB камера• Разрешение: 20 МП.
• Размер матрицы: 4/3 дюйма.
• Механический затвор.
• Интервал фотографирования: 0,7 сек.
• Увеличенный размер пикселя — 3,3 мкм.
• Минимальное количество срабатываний затвора: 200000.
• Технология улучшения слабоосвещенных снимков.
• Сантиметровая точность КЦФ при использовании RTK/PPK модуля.
• В каждом снимке записаны параметры калибровки объектива.
• Подходит для высокоточных картографических миссий с производительностью до 200 га за полет.
На рынке различных мультиспектральных решений, устанавливаемых на дроны, подобное сочетание мультиспектральной камеры и сенсора с таким высоким разрешением представлено впервые.
Одно из главных преимуществ нового дрона — камера с высоким разрешением. Пользователь может получать цветной RGB-ортофотоплан с высоким разрешением и сантиметровой точностью. Интервал фотографирования 0,7 сек позволяет добиваться достаточно высокой эффективности, до 200 гектар на один полет, получая фотографии с 5-сантиметровым разрешением.
Помимо задач, связанных с определением состояния растений, данный дрон может быть использован как картографический и очень эффективно решать задачу картирования полей, например, для определения границ. Сантиметровая точность КЦФ при использовании RTK/PPK модуля, запись параметров калибровки объектива в каждом снимке повышают качество конечного результата.
Мультиспектральная камераГлавные особенности:
• 4 отдельных матрицы
• Разрешение каждой — 5МП
• Размер матрицы 1/2,8 дюйма
Спектральные характеристики
• G: 560nm±16nm
• R: 650nm±16nm
• RE: 730nm±16nm
• NIR: 860nm±26nm
Основной полезной нагрузкой данного дрона является мультиспектральная камера с четырьмя отдельными матрицами. В работе используется четыре канала — G (зеленый), R (красный), RE (погранично-красный), NIR (ближний инфракрасный). Очень важным показателем является высокое разрешение — 5 мегапикселей. В предыдущей модели оно в несколько раз меньше.
Датчик освещенностиПомимо самой мультиспектральной камеры, дрон оснащен сенсором — датчиком освещенности. Встроенный датчик солнечного света улавливает солнечное излучение и записывает это значение в файл каждого изображения. Затем в программе обработки DJI Terra можно выполнить компенсацию освещенности данных изображений во время 2D-реконструкции. Это дает более точные результаты NDVI, а также повышает точность и согласованность данных, полученных в разное время суток.
Поддерживается возможность использования панели калибровки. Программно функция калибровки реализована в DJI Terra. При этом сам дрон также поддерживает возможность калибровки по внешней панели (не входит в комплектацию, ее надо приобретать отдельно).
Важная особенность — не обязательно проводить обработку данных после полета, если стоит задача оценить состояние растительности, это можно сделать в режиме реального времени. Индекс NDVI можно отображать прямо в полете.
Улучшенная безопасность
- Улучшенная система связи
Система связи из четырех антенн, каждая из которых работает на прием, а две также являются передающими, делает полет более безопасным, что очень важно в такой сфере применения беспилотников. Максимальная дистанция связи — 8 км/15 км (CE/FCC).
- Всенаправленная система препятствий
Дрон оснащен бинокулярной системой обнаружения препятствий. Бинокулярные датчики направлены в шесть сторон, имеют широкий угол обзора. Высокопроизводительный вычислительный модуль обрабатывает данные одновременно, с целью моментального реагирования. Это позволяет своевременно обнаруживать и обходить препятствия, например, деревья, здания или другие объекты. На обычной высоте полета дрона в 100-150 метров препятствий, как правило, нет, но безопасность никогда не бывает лишней.
- Обновленный режим возврата домой RTH
При включении этой функции дрон летит по наклонной на участке высот между высотой полета на миссии и заданной высотой RTH. Это новая «умная» система, позволяющая дрону выбирать более оптимальный маршрут полета для экономии заряда.
- Система помощи пилоту
Дрон оснащен системой автопилотирования APAS 5.0. Благодаря усовершенствованной помощи пилоту, он может постоянно обнаруживать объекты во всех направлениях и быстро и плавно обходить их.
- Уникальная технология повышает безопасность и производительность
Благодаря системам переднего и нижнего обзора и мощному процессору, во время полета дрон может реконструировать модель местности в режиме реального времени и автоматически регулировать высоту полета, чтобы поддерживать постоянную высоту относительно местности. Эта функция доступна только для миссии картографирования.
Полет по рельефу в реальном времениПолет по рельефу в реальном времени — достаточно важная функция, имеющая ряд ограничений. Функция отслеживания высоты в реальном времени поддерживается только при полетах на высоте от 80 до 200 метров. Если есть необходимость летать выше 200 метров, рекомендуется использовать новую функцию в приложении и загрузить файл DSM из интернета. При полетах ниже 80 метров рекомендуется импортировать высокоточный файл DSM, который может быть сгенерирован DJI Terra после полета.
Системы определения препятствий могут не распознавать очень тонкие объекты (например, линии электропередач), поэтому дрон не может следовать за такими объектами.
- Не используется при полетах над водой, так как вода не подходит для создания модели.
- Не подходит, если уклон местности превышает 75°.
- Не подходит для использования при недостаточном освещении.
Если рельеф изменяется на несколько метров, но все равно хочется следовать этому изменению, то есть новая удобная функция - подгрузка матрицы рельефа из интернета. При использовании собственной DSM-модели рельефа необходимо помнить, что погрешность этих моделей в разных местах мира составляет от нескольких до двадцати метров.
Smart ObliqueПомимо полета по рельефу, дрон поддерживает функцию Smart Oblique, повышающую эффективности создания 3D-моделей.
Интеллектуальный режим М3М использует маршрут двойной сетки (даблгрид) и осуществляет поворот камеры во время съемки. По сравнению с миссией с наклонной камерой, которая требует от трех до пяти полетов, эффективность интеллектуального режима почти удваивается. Будут сделаны только необходимые для реконструкции снимки, что уменьшит количество изображений и повысит эффективность постобработки.
Функция доступна только в миссии картографии, несовместима с одновременным полетом по рельефу.
Офлайн-картыНе на всех сельскохозяйственных угодьях есть доступ к интернету, и при составлении полетного задания можно заранее подгрузить карту в том месте, где есть интернет. Офлайн-карту можно экспортировать во внутреннюю память или на SD-карту, и импортировать в другие контроллеры для использования.
Полезно, если имеются строгие ограничения в подключении контроллера к интернету.
Поддерживается М300/М30/М3.
АКСЕССУАРЫПульт DJI RC Pro Enterprise
• 5,5 дюйма, яркость до 1000 кд/м².
• 3 часа работы от батареи.
• Встроенный микрофон.
• Поддерживает USB-модем.
• 1,5 часа на зарядку, работает во время зарядки.
• Supports mini-HDMI out and skreen recording.
Динамик
• Громкость 78 дБ на удалении 100 м.
• Новый UI.
• Режимы работы: запись и трансляция, текст в речь, работа с файлами.
Динамик можно установить на дрон и использовать для записи или трансляции. Можно записывать аудио в пульт и транслировать, можно проигрывать файлы или набрать текст на клавиатуре пульта, он будет транслироваться в речь.
RTK/PPK модуль• Отсоединяемый RTK/PPK модуль.
• Вес - 20 г.
• Поддерживает ПДБС, D-RTK 2 и пользовательские станции.
• Поддержка PPK.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕDJI Pilot 2
• Приложение DJI Pilot 2 встроено в пульт управления, с его помощью можно сразу построить полетное задание. Можно использовать и другие полетные программы.
• Поддерживает различные типы миссий: полет по точкам (waypoint), картографирование, линейный маршрут, 3D-модель.
• Поддерживает полет со следованием по рельефу.
DJI Terra
• Самое удобное средство работы с мультиспектральными данными.
• Импорт данных М3М в DJI Terra для 2D/3D, а также мультиспектральной реконструкции.
• В подарок к каждому дрону входит лицензия DJI Terra на 3 месяца. Активация лицензии происходит вместе с активацией дрона.
DJI SmartFarm
• Платформа, которая предоставляет аналитику по полученным в результате полетов данным.
• Предоставляет клиентам интегрированные решения для цифрового управления сельскохозяйственными угодьями, интеллектуальной разведки полей и точного земледелия.
• М3М включает одну лицензию DJI SmartFarm на один год.
Возможности расширенияЕсли клиент занимается разработкой своих собственных полезных нагрузок либо каких-то программных комплексов, то данный дрон поддерживает MSDK и PSDK.
- MSDK
Поддержка сторонних приложений (например, UgCS — это сторонний внешний планировщик).
- PSDK
Максимальный вес полезной нагрузки: 130 грамм (например, газоанализатор). Mavic 3Е — самый маленький дрон с поддержкой PSDK.
- Cloud API
The Cloud API поддерживает возможность анализа входящих потоков изображений и видео, а также телеметрии.
КОМПЛЕКТАЦИЯСтандартная комплектация: дрон – 1, RTK/PPK модуль – 1, батарейка – 1, SD карта – 1, защитная крышка – 1, комплект пропеллеров – 3 пары, пульт управления – 1, стандартная зарядка – 1 (100W), провод питания – 1, USB-C – 1, двойной USB-C – 1, пластиковый защитный кейс – 1.
Опции: динамик, зарядный концентратор на три батарейки (100W), батарейки.
Набор батарей (опция): батареи – 3, зарядный концентратор на три батарейки (100W) – 1. Если у вас небольшое поле в несколько гектаров, то достаточно одной батарейки, если у вас сотни или тысячи гектаров, то нужно подбирать комплектацию под объем своих задач.
ОБСЛУЖИВАНИЕ
Дроны Mavic 3 Еnterprise известны своей надежностью и нетребовательностью в обслуживании. При максимальной продолжительности полета 43 минуты средняя продолжительность составляет около 30-38 минут. 300 часов — это почти 600 полетов, практически два полета в день.
Периоды обслуживания Mavic 3 Еnterprise Series - таблица 1 в прикрепленных файлах.
СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ДРОНОВ
Сравнение моделей мультиспектральных дронов Mavic 3М и Phantom 4М
М3М в сравнении с Р4М легче, более компактный, работает дольше, лучше приспособлен к сложным ветровым и погодным условиям. Обе камеры на М3М получили существенное улучшение в качестве получаемого изображения. Разрешение изображений RGB камеры выросло до 10 раз. Единственное, что отличает Р4М в лучшую сторону, это наличие дополнительного канала Blue. Почему было принято решение отказаться от этого канала на М3М — потому что он достаточно редко используется. Размер матрицы вырос в 2,5 раза, что позволяет получать более точные, более детализированные изображения, либо повышать эффективность при том же разрешении, что у Р4М, получая намного больший объем данных за один полет.
Основные параметры двух дронов представлены на таблице 2 в прикрепленных файлах.
Сравнение моделей дронов Mavic 3М и Mavic 3Е.
В сравнении с M3E, M3M предназначен для сельскохозяйственного применения. При этом, возможности картографирования в видимом диапазоне у них идентичны. M3E благодаря наличию зум-камеры больше подходит для задач инспекции.
Основные параметры двух дронов представлены на таблице 3 в прикрепленных файлах.
ОСНОВЫ МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНОЙ СЪЕМКИ
Поведение излучения в растительности делится на три типа: transmitted (пропущенное), absorbet (поглощенное), reflected (отраженное).
Нас интересует отраженное излучение. Человеческий глаз видит отраженное излучение в определенном спектре. Содержащийся в растениях хлорофилл очень хорошо отражает за пределами видимости нашего глаза, в ближнем инфракрасном диапазоне, порядка 50-55% в диапазоне 0,7 микрометра. Количество отраженного сигнала преобразовывается с помощью специальных формул, индексов NDIA, NDRE и других (их около 200), что, в свою очередь, позволяет преобразовать эти данные в новые знания о том, как себя чувствует растительность. Мультиспектральная съемка позволяет анализировать различные параметры, такие как содержание хлорофилла в листве, содержание влаги в листве, содержание каротиноидов в листве, индекс площади листового полога (LAI).
С помощью камеры M3M можно получить пять видов изображений: RGB, Green, Nir, Red, Re.
В таблице 4 приведены примеры самых популярных индексов растительности и формулы, по которым они рассчитываются.
RGB-РЕКОНСТРУКЦИЯ
Позволяет создавать карты полей, цифровые матрицы высот (DSM), 3D-модели. Для чего это нужно? Ортофотопланы нужны для определения границ при возможных кадастровых проблемах или когда есть непонимание того, как используется земля и т. д. При отсутствии растительности на поле можно определить наличие уклонов, ям, в которых будет собираться вода, оврагов, через которые вода будет протекать, принимать решения о необходимости проведения каких-либо земляных работ в связи с этим.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Платформа «все в одном»: впервые летательный аппарат, RGB-камера столь высокого разрешения, мультиспектральная камера и модуль RTK тесно интегрированы в небольшой многороторный дрон.
Калибровочная панель не требуется: встроенный датчик солнечного света измеряет интенсивность солнечного света в режиме реального времени, что значительно упрощает рабочий процесс.
Высокое разрешение: 20-мегапиксельная RGB камера и 4х- 5-мегапиксельная многоспектральная камера (для многоспектральной камеры GSD=H/21,7 см/пиксель).
Разные выходные данные: изображение с камеры RGB и индексы растительности (NDVI/GNDVI/ NDRE) могут отображаться рядом друг с другом в реальном времени, DJI Terra поддерживает 2D, 3D и мультиспектральное картографирование.
СЦЕНАРИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ М3М
Где и для чего эти технологии можно использовать?
Измерения на участкахАктуально для крупных агрохолдингов или исследовательских институтов. Во время исследовательских испытаний семян, гербицидов и других средств скорость прорастания, плотность сорняков, площадь листьев и другие измерения обычно выполняются ручным способом.
Решение:
• Картографирование с помощью М3М.
• Сшивка изображений с помощью DJI Terra.
• Извлечение информации о саженцах, сорняках и других объектах, а также определение размеров, площадей и пр. с помощью стороннего программного обеспечения, такого, как Agremo, AgroScout, Pix4DFields и т. д.
Мониторинг садов• Картографируя сады с помощью мультиспектральных снимков, садоводы могут отслеживать изменения роста, плотность и распространение сорняков, а также состояние деревьев. Кроме того, можно автоматически подсчитать количество деревьев в DJI Terra.
• Подсчет количества деревьев и распознавание площади кроны.
• Мониторинг роста деревьев.
Подсчет всходов хлопкаИсследование скорости прорастания важно при посадке хлопка, что может помочь в принятии решений о повторной посадке, орошении, удобрении и т. д.
Решение
• Картографирование с помощью М3М.
• Подсчет всходов хлопка на платформе DJI SmartFarm.
Точность подсчета всходов повышается благодаря возможностям AJ и использования изображений высокого разрешения.
Обнаружение заболеваний растенийРучной осмотр может охватывать только ограниченную площадь поля. Заболевание, не обнаруженное на ранней стадии, может нанести ущерб урожаю.
Решение:
• Картографирование с помощью М3М.
• Загрузка в AgroScout для обнаружения болезни с помощью ИИ.
Автоматическая разведка с помощью дрона повышает эффективность и охват, позволяет вовремя обнаружить болезнь.
Полеты на сверхнизких высотах позволяют получать детализацию до нескольких миллиметров.
Дифференцированное внесение удобрений и СЗРВнесение удобрений по фиксированной норме может привести к перерасходу удобрений, задержке колошения и полеганию урожая на более позднем этапе.
Решение:
• Картографирование с помощью М3М.
• Сшивка изображений на DJI Terra или DJI SmartFarm для создания индексов растительности, таких как NDVI.
• Генерация карты предписаний в DJI Terra или SmartFarm.
• Внесение удобрений с помощью дрона или трактора.
В 2022 году фермер, выращивающий рис в Японии, использовал решение ДВУ на основе дронов и добился увеличения урожайности на 9% (287 USD/га) при одновременном снижении использования удобрений на 11% (18 USD/га). Конечно, совокупный экономический эффект, который приведен в этом примере, будет отличаться в зависимости от регионов, культур, удобрений, погодных условий и т. д., но данные технологии обсуждаются уже давно и существуют успешные примеры их реализации. Причем наряду с экономическим эффектом повышается и экологическая безопасность, меньше страдает почва.
Дифференцированное опрыскивание
В таблице 5 в прикрепленных файлах приведены данные по опрыскиванию полей с использованием трактора, сплошным методом с дрона и дифференцированный методом с беспилотника. Экономия средств составила 14,6 евро с гектара, то есть примерно 1200 рублей с гектара.
Мониторинг лесных угодийТрадиционное лесохозяйственное обследование достаточно трудоемко и дорого.
Решение:
• Сбор данных: дрон автоматически собирает данные в соответствии с поставленной миссией.
• Обработка данных: обработка данных автоматически производится в DJI Terra. После реконструкции можно получить данные RGB, GNDVI, LCI, NDRE, NDVI и OSAVI.
• Анализ данных: расчет площади с помощью DJI Terra и использование стороннего программного обеспечения, такого как ENVI и ARCGIS, для анализа растительного покрова, анализа лесных промежутков и т. д.
Данные мультиспектральных изображений могут быть использованы в том числе для получения информации о состоянии лесных массивов. Сейчас данные с дронов, объединяемые с данными с лазерных сканеров, позволяют получать геометрию деревьев. В перспективе ближайших нескольких лет, вероятно, уже будут работать программно-аппаратные комплексы, позволяющие проводить таксацию в полуавтоматическом либо в автоматическом режиме. И в России, и в других странах, таких как Канада или Бразилия, есть огромные массивы леса, и вопрос учета его запасов крайне важен. Современные технологии позволяют повысить точность учета, при этом получаемые с дронов данные являются стопроцентно достоверными, их нельзя подделать, что тоже является важным фактором при выборе использования этих технологий.
Мониторинг водных ресурсовТрадиционная 2D-модель или ортофотоплан не могут дать количественную оценку загрязнения реки.
Решение:
• Мультиспектральные изображения различных водоемов отличаются друг от друга и могут быть использованы для анализа.
• Использование М3М для сбора данных и DJI Terra для моделирования. Модель показывает содержание хлорофилла в водоеме, что позволяет определить степень эвтрофикации данной акватории.
Использование Mavic 3M повышает урожайность, производительность и устойчивость, делает сельское хозяйство более эффективным и передовым.
Интеграция беспилотных технологий для предприятий АПККомпания Aeromotus, официальный дилер DJI, является интегратором беспилотных решений для различных организаций в России.
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.
Специалисты Aeromotus осуществляют постоянную техническую поддержку для операторов дронов, что позволяет эффективно использовать преимущества беспилотных технологий и избегать различных внештатных ситуаций.
На YouTube-канале компании смотрите , на котором специалисты Aeromotus подробно рассмотрели аспекты применения Mavic 3 Multispectral для оптимизации сельскохозяйственных работ.
Нет комментариев