Новые сценарии использования беспилотников

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА), более известные как дроны, – используются в коммерческих целях с начала 1980-х годов. Однако только сейчас возможности их практического применения начинают расширяться. В ответ на стремительно развивающиеся технологии компании создают новые бизнес-модели и сценарии использования беспилотников.

По прогнозам, население планеты к 2050 году достигнет девяти миллиардов человек, и эксперты считают, что за тот же период потребление сельскохозяйственной продукции вырастет примерно на 70%. Кроме того, дополнительные проблемы могут создать грядущие экстремальные изменения климата.

Производители должны использовать революционные стратегии для производства пищи, увеличения производительности, и на первое место нужно поставить возможность устойчивого развития. Отчасти с этим могут помочь беспилотные летательные аппараты.

Компания PwC оценивает рынок дронов и решений для отрасли в $32,4 млрд.

Издание Technology Review приводит основные варианты использования летающих и наземных дронов для выращивания урожая.

 Некоторые стартапы создали на основе дронов системы посевов, снижающие затраты  на 85%. Эти системы выстреливают капсулы с семенами и вспомогательными веществами в почву, обеспечивая растение всем необходимым для поддержания жизнедеятельности.

Оборудование для измерения дистанции – ультразвуковая эхолокация и лазеры – позволяют дронам регулировать высоту полета в зависимости от топографических и географических условий, чтобы избегать столкновений. Таким образом, дроны могут сканировать рельеф и распылять необходимое количество жидкости, корректируя высоту полета и объем жидкости в реальном времени и обеспечивая равномерное покрытие всей площади.

Большая площадь полей и низкая эффективность средств контроля урожая представляют собой серьезнейшую проблему для сельхозпроизводителей. Это усугубляется все менее предсказуемыми погодными условиями, из-за чего повышаются риски и растет стоимость ухода за полями. До недавнего времени самой продвинутой формой мониторинга была спутниковая съемка. Но и у нее есть недостатки: снимки нужно было заказывать заранее, их можно было сделать всего раз в день, и они не обеспечивали нужной точности, а в определенные дни качество съемки оставляло желать лучшего.

Дроны, оснащенные специальными датчиками, могут определять, какие участки полей высыхают или нуждаются в обработке. Помимо этого, с помощью дронов можно рассчитать вегетативный индекс, который определяет относительную плотность и качество урожая. Также дроны способны показывать количество энергии или тепла, выделяемых растениями.

Очень важно оценивать здоровье урожая и вовремя выявлять появление вредителей сельхозкультур. Дроны можно оснащать приборами, которые определяют, какое количество зеленого и около инфракрасного излучения отражают разные растения. На основе этих сведений отображаются все изменения, происходящие с растением и состояние его здоровья. Оперативная реакция позволяет спасти урожай. Кроме того, после выявления заболевания сельхозпроизводители могут более точно применять лечение и следить за его ходом. Эти две функции увеличивают вероятность выздоровления растений. А если растения все-таки погибнут, у аграриев будет возможность более эффективно оценить потери для получения страховых выплат.

В 2016 году около 48% коммерческих дронов были задействованы в сельском хозяйстве. По прогнозам Juniper, к 2026 году это показатель вырастет до 80%.

Дроны используются как в земледелии, так и в животноводстве.

В животноводстве:

• Выполняют роль пастухов. Отслеживают стадо и ищут отставших, некоторые модели даже сопровождают потерянных животных до стоянки.

• Анализируют пастбища. Оценивают пригодность растительности к пище и определяют ядовитые растения.

• Контролируют здоровье стада. По снимкам со встроенной инфракрасной камеры выявляют животных с повышенной температурой.

В растениеводстве дроны (коптеры) — средство для реализации точного земледелия. Оно характеризуется применением компьютерных и спутниковых технологий для более продуктивного выращивания урожая.

ЧАСТЬ СИСТЕМЫ

Сельскохозяйственный беспилотник (СХБПЛА) — только элемент в целой системе, включающей:

• сам беспилотник (БПЛА);

• установленные сенсоры;

• блок или пульт радиоуправления;

• программное обеспечение для анализа полученных сведений;

• системы транслирования информации в реальном времени;

• посадочную площадку.

В качестве дополнительных элементов используются приборы для исследования окружающей среды, а также устройства для полива, высадки семян или обработки растений. В зависимости от основной задачи меняется состав БАС (беспилотных авиасистем).

В сельском хозяйстве применяют автоматизированные модели, для функционирования которых не требуется постоянный контроль человека. Такие дроны двигаются в соответствии с заложенной программой и отправляют информацию на компьютер. После выполнения всех задач БПЛА возвращается на посадочную площадку. Оператору системы остается только следить за исправностью и заряжать аккумуляторы. Чем проще дрон, тем больше действий в итоге выполняет человек.

Винты или крылья?

Для наблюдения за полями используют два вида БПЛА, отличающиеся своей конструкцией и летными характеристиками:

— Самолетного типа, или Летающее крыло — наиболее удобный вариант для облета больших территорий, характеризующийся высокими аэродинамическими показателями. БПЛА этого типа лучше всего подходит для мониторинга протяженных объектов или съемки в условиях значительного удаления. Но из-за особенностей конструкции беспилотник должен постоянно двигаться и поэтому не может работать в режиме зависания над объектом, а также осуществлять съемку на ограниченных территориях.

— Коптерные беспилотники, или дроны — могут оснащаться различным количеством винтов, что позволяет отлично справляться с точечной съемкой в одном месте для обследования небольшого земельного участка, трехмерного моделирования, опыления. Квадрокоптеры отличаются простой конструкцией, стабильностью полета и надежностью. К недостаткам БЛПА этого вида можно отнести небольшую скорость и ограниченное время полета, из-за чего радиус действия меньше, чем у самолетных дронов.

Преимущества БПЛА

Активный интерес к применению БЛПА вызван рядом выраженных преимуществ технологии:

• Высокая скорость исследований и экономия времени сельхозпроизводителей. За 1 день съемки можно обследовать территории площадью до 5 тыс. га.

• Максимальная точность результата.

• Возможность визуального анализа информации в режиме реального времени.

• Возможность своевременной оценки качества выполненных в поле работ.

• Детальный контроль каждого участка на всех этапах сельскохозяйственных работ.

Применение беспилотников помогает не только провести детальный анализ условий, влияющих на качество растительности, но и оптимизировать производство для получения максимально эффективного результата с рациональным использованием ресурсов. Регулярная съемка позволяет вносить данные в технические документы с учетом привязки к определенному времени для оценки последствий воздействия неблагоприятных условий.

Недостатки беспилотников

Кроме преимуществ, работа с дронами и БВС (беспилотное воздушное судно) самолетного типа имеет ряд недостатков, среди которых:

• необходимость получения специального разрешения на полеты;

• зависимость точности съемки от навыков оператора и программного обеспечения;

• ограниченная дальность действия из-за невысоких возможностей аккумуляторов.

Факторы выбора

Сельскохозяйственные квадрокоптеры отличаются повышенной прочностью и мощностью, могут длительное время летать на одном заряде батареи и совместимы со специализированным оборудованием.

В отличие от промышленных квадрокоптеров, в сельскохозяйственных установлено программное обеспечение, которое автоматически рассчитывает скорость и дальность полета, интенсивность распыления удобрений и многие другие параметры.

При выборе подходящего квадрокоптера рекомендуется обратить внимание на такие факторы:

• Грузоподъемность и вместимость емкости для активных веществ. Стандартный сельскохозяйственный беспилотный летательный аппарат может взять на борт до 10 литров жидкости весом до 10 кг. Это дает возможность сократить полеты для дозаправки и быстрее выполнить необходимые операции.

• Защищенность. Для использования в поле необходимы квадрокоптеры, которые надежно защищены от попадания пыли и влаги внутрь корпуса, так как это может вывести из строя внутреннюю электронику.

• Емкость и технологии батарей питания. Сельскохозяйственные квадрокоптеры предназначены для длительных полетов в течение дня. Поэтому необходимо выбирать устройства, имеющие максимально большую емкость и большое количество циклов зарядки. Это позволит сократить эксплуатационные расходы в будущем. Также, при наличии дополнительных аккумуляторов для квадрокоптеров, вы можете существенно увеличить время автономной работы.

• Возможность работы при низкой температуре. Чтобы у владельцев агропредприятий была возможность обработки полей в весенне-осенний период, необходимо покупать летательные аппараты, способные работать при низких температурах воздуха – от 0°С и выше.

Беспилотники в России

Дроны в сельском хозяйстве России — одно из самых перспективных направлений, на которое активно растет спрос. В интересах точного земледелия постоянно создаются и совершенствуются как аппараты, так и ПО, позволяющее в сжатые сроки собирать и обрабатывать полученные данные.

Для более активного развития беспилотников на рынке России были снижены регуляторные барьеры и появились специальные программы для подготовки профессиональных операторов небольших БПЛА.

Благодаря такому подходу, устройства становятся одним из востребованных инструментов у крупных российских агрохолдингов.

Комментарий эксперта

Максим Кондратьев — генеральный директор компании «Центр Беспилотной Авиации», один из ведущих российских экспертов в области применения технологии БПЛА в сельском хозяйстве, ведущий докладчик  вебинаров по теме „Удаленное управление, контроль агробизнеса с использованием цифровых технологий и дронов“.

Под облачным сервисом

В современных агропредприятиях достаточно давно сложились определенные стандарты применения цифровых технологий. Даже в небольших хозяйствах применяются системы параллельного вождения — курсоуказатели, с их помощью производится внесение удобрений и средств защиты растений. В большинстве предприятий используются системы автопилотирования, чтобы производить высокоточный посев пропашных культур с соблюдением точности до 2 см.  «Этим уже никого не удивишь. Один из самых современных стандартов — это автоматизированные системы управления производством агропредприятий», — отметил докладчик.

Широкое применение получили облачные системы управления агропредприятием. Облачный сервис позволяет производить анализ развития культур на полях с использованием ряда данных — средние значения индекса вегетации, температура и влажность почвы, осадки и так далее. Система позволяет производить многофакторный анализ на основании спутниковой съемки, что актуально, когда, например, управление агрохолдингом расположено в Москве, а сам агрохолдинг — в Краснодаре. Системой производится многофакторный анализ истории каждого поля — какова была структура севооборота, сколько было удобрений внесено, полностью отслеживается история всех производимых операций. Контроль своевременности выполнения агроопераций на полях выполняется за счет интеграции с системой спутникового мониторинга техники и контроля топлива, которые у многих установлены, но не применяются на все 100%, в частности — для того же контроля эффективности агротехнологий.  

Недорогой, но эффективный инструмент

В текущем году, особенно на фоне ограничительных мер в связи с распространением коронавируса, особенно актуальным стало фото и видео- документирование состояния культур с использованием непрофессиональных квадрокоптеров (стоимость — около 100 тыс. рублей). При отсутствии возможности пересекать границы отдельных регионов контролировать состояние полей можно удаленно, на основе данных, загруженных в систему агроменеджмента. Сотруднику-исполнителю на месте достаточно достать флешку из беспилотника и отправить информацию в интернет. Система сама распознает, когда была сделана фотография, на каком поле, в какой точке поля, с какой координатой. Практика показала, что даже среднее качество и разрешение для обзорного анализа без возможности провести измерения качественных и количественных параметров позволяют визуально оценить состояние всходов, увидеть неоднородности и огрехи с точки зрения проведения почвообработки, посевных мероприятий и тому подобное. При том, что съемка с использованием обычного квадрокоптера — очень недорогая, ни один спутник не даст подобного результата. Кроме того, современное законодательство позволяет осуществлять простым квадрокоптерам легальные полеты на высоте до 150 метров и в пределах видимости оператора. Согласований с органами воздушного движения не требуется. Второй плюс — невысокая стоимость работ на фоне стоимости профессиональной аэрофотосъемки или применения тяжелых больших дронов самолетного типа. Мы сегодня выезжаем на поле, возвращаемся домой, вставляем флешку и получаем результат. Это сейчас один из самых максимально эффективных инструментов для организации агроскаутинга. И мы можем это делать настолько часто, насколько нам это надо, и это очень важно.

Да, мы регулярно получаем спутниковый мониторинг полей в виде снимков визуальных и мультиспектральных разрешением от 30 до 10 метров на пиксель. Спутниковые снимки позволяют нам производить анализ неоднородностей на полях и принимать те или иные решения. Но у спутникового мониторинга есть одна существенная проблема: на небе не должно быть облаков, а облачность над полями в некоторых регионах России составляет порядка 80%, что полностью нивелирует информативность спутниковой съемки. Эту проблему решают беспилотники — они летают под облаками. Той информации, которую мы можем получить со спутниковых снимков, часто бывает недостаточно.

Выявить и устранить

Очень важным фактором использования технологии беспилотных авиационных систем с сельском хозяйстве является встраиваемость в экономическую модель производства. Мы не просто должны вести съемку с дрона, а решать целевые задачи оптимизации бизнес-процесса. Важно понимать, что выявляя нарушения технологий, мы можем повлиять на эффективность расходования предприятием средств, причем немалых. Количественные характеристики нарушений измеримы, и мы их выявляем. Экономический эффект от применения технологии БАС (беспилотных авиационных систем) — увеличение урожайности за счет выявления и устранения технологических нарушений качественных и количественных характеристик технологического процесса. Основная наша роль — мониторинговая. Когда мы визуальными и мультиспектральными камерами фиксируем нарушения, можно сделать выводы из систематических ошибок в агротехнологии, чтобы исключить их в следующем году. Поэтому применение беспилотной авиации сегодня является одним из важнейших элементов точного земледелия.

Как с помощью беспилотников можно ощутимо снизить расходы и увеличить прибыль?

• Точное измерение сельхозугодий — оптимизация затрат на семена, удобрения и химикаты.

• Выявление неучтённых и скрытых земельных банков — дополнительная прибыль без затрат.

• Выявление и решение проблем с растениями на ранних стадиях — увеличение урожайности.

• Более экономичная и результативная обработка СЗР посевов.

• Оптимизация технологических процессов — снижение затрат.

• Выявление технологических и должностных нарушений — снижение себестоимости работ.

Сергей КОВАЛЕНКО.

По материалам газеты  «Междуречье»
№ 25 (1950) от 27 июня 2020 года

27.06.2020, 353 просмотра.