В онлайне: 3 (гостей - 3, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК 332

Применение беспилотных технологий для совершенствования мониторинга земель


Долгирев А.В., аспирант, Забелин С.А., аспирант, Кондракова С.А., магистрант
Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, Россия

Рассмотрены аспекты применения беспилотных летательных аппаратов для целей мониторинга земель.

Актуальность мониторинговых исследований эрозионных процессов, контроля фаз роста растений, прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. Особую роль в мониторинге земель с недавнего времени занимает определение неиспользуемых и нерационально используемых земель. Площади посевных полей также требуют постоянного контроля. Но зачастую с плоскости невозможно оценить весь масштаб ситуации на полях. Поэтому для ускорения этого процесса необходимо использовать аэрофотосъемку. В сельхозпроизводстве для этого традиционно используется малая авиация (самолеты типа АН-2), что достаточно дорого для малых сельхозпредприятий. Поэтому во многих странах для контроля сельхозугодий применяются беспилотные летательные аппараты (БПЛА), стоимость которых с экономической точки зрения во много раз дешевле любого пилотируемого летального аппарата.

Еще в 80-е годы прошлого века японские ученые выяснили, что самолеты над полями фермеров - не самое лучшее решение. Их применение ограничивает сложный рельеф местности, линии электропередач и деревья, населенные пункты. Ученые пришли к выводу, что наиболее эффективны не большие машины, пилотируемые людьми на борту, а маленькие дистанционно управляемые беспилотные летательные аппараты.

Нужно заметить, что данное направление съемки является новым для России, и до сегодняшнего дня беспилотные летательные аппараты в сельском хозяйстве России практически не применялись. Применение БПЛА, прежде всего, находили в военной сфере и МЧС, но в последние годы растет интерес к БПЛА сельскохозяйственного назначения.

Съёмка с БПЛА позволяет быстро и точно оценить площадь сельскохозяйственных угодий, а постоянный мониторинг даёт возможность оценить всхожесть культур, контролировать качество урожая и выявлять случаи кражи и порчи посевов. Все эти данные помогут оперативно реагировать на изменения состояния культур, принимать своевременные решения и в итоге - повысить эффективность земледелия.

Аэрофотосъёмка в сельском хозяйстве - один из самых важных источников получения информации при проведении земельных работ. БПЛА - технология позволяет вести учёт и контроль состояния сельскохозяйственных угодий: это оптимизация расхода воды, расчёт оптимального количества вносимых удобрений и химикатов, создание электронной карты полей, прогноз урожайности с/х культур, планирование прокладки дренажных систем и пр. С помощью беспилотных летательных аппаратов можно определить рельеф местности, размеры полей, границы водных объектов (озёр, рек, болот) и дорог. Применяя данную технологию можно получать фотографии для анализа состояния посева, его густоты и равномерности. Использование мультиспектральной съемки позволяет обнаружить изменения культуры во время её роста. Полученные данные показывают развитие и рост растений в видимом ближнем инфракрасном спектре. На основе изменения тональности и цвета спектра возможно сделать вывод, о том в каком участке площади посева требуется та или иная добавка.

Таким образом, применение БПЛА для сельского хозяйства помогает решать следующие задачи:

  • создание и обновление в электронном виде карт и планов обрабатываемых земель;
  • учет сельскохозяйственных угодий;
  • планирование посевных работ по производственным участкам;
  • контроль объема и качества проведения полевых работ;
  • ведение оперативного мониторинга состояния посевных культур;
  • оценка всхожести сельскохозяйственных культур (рисунок 1);
  • прогноз урожайности сельскохозяйственных культур;
  • контроль качества сбора урожая;
  • экономическая оценка;
  • мониторинг эрозионной обстановки (рисунок 2);
  • построение карт вегетационных индексов и др.


Оценка всхожести культур по снимкам БПЛА

Рис.1 – Оценка всхожести культур по снимкам БПЛА


Изучение развития эрозии по мозаике из снимков БПЛА (площадь более 2000 га)

Рис.2 – Изучение развития эрозии по мозаике из снимков БПЛА (площадь более 2000 га)


Одним из преимуществ БПЛА, используемых в сельском хозяйстве, является получение изображений в двух форматах. Первый - с реальной цветопередачей, второй - в ближнем инфракрасном диапазоне (рисунок 3).

Снимок с БПЛА в инфракрасном диапазоне

Рис.3 – Снимок с БПЛА в инфракрасном диапазоне


Благодаря снимкам с инфракрасной искусственной расцветкой специалисты вычисляют вегетационный индекс NDVI (NormalizedDifferenceVegetationIndex), который позволяет:

  • количественно оценивать состояние растительности (как на всем поле, так и на его отдельных участках);
  • рассчитывать урожайность;
  • идентифицировать культуры;
  • оценивать всхожесть и рост растений;
  • анализировать продуктивность угодий.

Также, следует отметить, что преимущества и уникальность данной технологии очевидны для топографо-геодезического производства. Аэрофотосъемка с БПЛА используется для создания и обновления цифровых карт и планов тех территорий, для которых отсутствует практическая возможность или экономическая целесообразность детального изучения местности и определения числовых характеристик по космическим снимкам или материалам традиционной аэрофотосъемки. Например, на участках:

  • покрытых тенями и облаками на космических или традиционных аэрофотоснимках;
  • изменении местности преимущественно с линейно-протяженными изменившимися объектами;
  • изменений местности при точечной застройке в населенных пунктах;
  • изменений местности, требующих оперативного анализа и принятия решений (сезонные изменения местности, например затапливаемые площади разливов рек).


Потенциал использования беспилотных аппаратов в гражданских целях поистине безграничен, однако мобильность полетов этого класса авиации ограничена действующим законодательством: в России нет законов, регулирующих полеты БПЛА. По факту сейчас они приравнены к большим самолетам, поэтому перед каждым запуском необходимо пройти сложную и длительную процедуру согласования использования воздушного пространства.

Пока делаются только первые шаги в использовании БПЛА для целей сельского хозяйства. Несомненно, перспективы применения беспилотных технологий очень велики. Вопросы мониторинга сельскохозяйственных угодий являются актуальным для хозяйств. Появление нового инструментария для этих целей предоставляет новые качественные возможности для решения этого вопроса. Важно отметить, что БПЛА - всего лишь один из элементов повышения эффективности земледелия, без сведений об урожайности в предыдущие годы, без многолетних наблюдений, без данных анализа почвы выводы и правильную логику сельскохозяйственного производства выработать тяжело. Таким образом, БПЛА становятся крайне важным инструментом в оценке эффективности работы сельскохозяйственных предприятий.

В настоящее время многие землепользователи намеренно занижают свои площади, что бы меньше платить налог за землю, находящуюся у них в обороте. Чтобы таких ситуаций не было, следует производить мониторинг площади полей. Его можно производить при помощи спутниковых систем, что стоит больших денежных затрат. Альтернативный метод - использование беспилотных систем.

Уточнение площади полей при помощи беспилотных систем помогло бы решить ряд проблем, например таких как "присвоение" чужих земель при посеве (если соседние поля не используются), и как следствие неуплата налогов за такой "вид использования" земли.

В заключении отметим, что кафедра "Землеустройство и кадастры" ФГБОУ ВО Саратовского ГАУ активно набирает обороты по использованию возможностей беспилотного летательного аппарата SuperCam- S205F (рисунок 4) в целях мониторинга земель, картографии, кадастра недвижимости.

Использование беспилотного летательного аппарата SuperCam - S250F на кафедре

Рис.4 – Использование беспилотного летательного аппарата SuperCam - S250F на кафедре "Землеустройство и кадастры" ФГБОУ ВО Саратовского ГАУ


Уже стало очевидным, что аэрофотосъемка с БПЛА по сравнению с космической и традиционной имеет следующие преимущества:

  • относительно малая высота полета (позволяет проводить съемку на высотах от 100 до 3700 м);
  • высокое разрешение на местности (видны мельчайшие детали рельефа и объекты даже сантиметрового размера);
  • возможность создания панорамных снимков (спутниковая и традиционная аэрофотосъемка не имеют такой возможности);
  • возможна детальная съемка небольших объектов; технология аэрофотосъемки с БПЛА позволяет проводить аэрофотосъемку небольших объектов и малых площадок там, где сделать это другими видами аэрофотосъемки нерентабельно, а в ряде случаев и технически невозможно;
  • возможность выбора погодных условий и времени суток для проведения аэрофотосъемки;
  • оперативность (весь цикл от выезда на съемку до получения конечных результатов занимает несколько часов в течение одного дня);
  • низкая стоимость (значительно дешевле традиционных методов аэрофотосъемки);
  • экологическая безопасность (для работы используется электрический двигатель, что обеспечивает практическую бесшумность и экологическую чистоту полетов).

Таким образом, беспилотные системы можно использовать для различных нужд. Стоило бы рассмотреть данный способ использования беспилотных систем на государственном уровне в виде законопроекта.

Библиографический список

  1. Галкин, М.П. Использование ГИС технологий при построении цифровой модели рельефа [Текст]: Галкин М.П., Долгирев А.В., Тарбаев В.А./ Сборник научных трудов конференции "Вавиловские чтения - 2013", Саратов: Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова, 2013. - С. 289-292.
  2. Долгирев, А.В. Современные методы мониторинга сельскохозяйственных угодий [Текст]: Долгирев А.В., Калашникова Е.Н. / Инновационные технологии и технические средства для АПК, Воронеж: Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I, 2015. - С. 83-88.
  3. Долгирев, А.В. Применение компьютерных технологий при проведении мониторинга земель [Текст]: Долгирев А.В., Кондракова С.А. / Кадастр недвижимости и мониторинг природных ресурсов: 5-я Всероссийская научно-техническая интернет-конференция. Под редакцией И.А. Басовой. Тула: Тульский государственный университет, 2015. - С. 295-297.
  4. Тарбаев, В.А. Использование беспилотных систем для уточнения площади полей землепользователей [Текст]: Тарбаев В.А., Долгирев А.В., Минаева К.Д. / Сборник научных трудов конференции "Вавиловские чтения -2015", Саратов: ООО "Амирит", 2015. - С. 261-262.


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.