Сенсори Sentera для агро моніторингу з БПЛА

Технології управління формуванням врожаю актуальні для всіх господарств – від невеликих фермерських до величезних агрохолдингів. Для задоволення потреб таких різних за масштабами господарств розробляється й обладнання. Метою цієї статті є прагнення ознайомити читачів зі специфічним спектральним сенсорним обладнанням компанії Sentera.

Особливістю аграрного виробництва в країнах пострадянського простору є великі габарити полів у кілька десятків гектарів, що організовувались під колгоспи і радгоспи. В країнах Західної Європи та США присутня велика кількість дрібних господарств, поля яких мають розміри до 10-15 гектарів. Таких споживачів досить багато, вони мають свою специфіку, що створює велику нішу на ринку повітряних комплексів для моніторингу, яку прагнуть зайняти як відомі розробники знаряддя, так і нові стартапи.

Вимоги до обладнання

Основні вимоги таких невеликих фермерських господарств:

• невисока вартість сенсорного обладнання;
• можливість використання як платформи розповсюджені дешеві БПЛА класу міні;
• можливість ідентифікації проблемних ділянок безпосередньо за час польоту, без потреби у використанні хмарних сервісів.

Відповідно, технічне завдання на створення такого сенсорного обладнання можна сформулювати як мінімізація габаритів, маси і вартості. Типовим рішенням у вирішенні таких задач є розробка вузькоспеціалізованого обладнання, коли вилучається все зайве, що не використовується безпосередньо для вирішення задач. Серед більш знайомих для пересічних споживачів комп’ютерів прикладом такого обладнання є моноплатні комп’ютери, такі як Rasberry Pi вартістю від 30$.

Сенсорне обладнання для БПЛА від Sentera

Такий підхід стосовно спектрального сенсорного обладнання для БПЛА запропонував стартап Sentera з Мінесоти (США), який просуває на ринку технологію візуалізації NDVI, що отримала назву LiveNDVI. Мініатюрна цифрова камера інтегрована безпосередньо на плату, де генерується зображення в форматі NDVI – кольорова картинка розподілу цього найбільш розповсюдженого вегетаційного індексу.

Однооб’єктивні датчики NDVI або NDRE компанії Sentera, встановлені на БПЛА DJI Phantom 4

Тобто, для невеликого поля фермер може відразу виявити місця, на які слід звернути увагу, оскільки, окрім нестачі елементів живлення чи води, проблему можуть становити і осередки шкідників. Безпосередньо в США такі сенсори компанією розробником встановлюються на БПЛА DJI Phantom 4 Pro V2.0 та Mavic, хоча можуть бути і інші моделі повітряних роботів.

Мультиспектральний варіант сенсору Double 4K пропонує п'ять спектральних смуг: синій, зелений, червоний, межовий червоний і NIR, тобто основні канали для моніторингу рослинних насаджень. Доступні такі формати збереження зображень як JPEG, RAW, TIFF.

Sentera Double 4K Sensor (https://sentera.com/sensors/)

Завдяки малим габаритам та масі, сенсори Sentera Double 4K позиціонуються як сумісні з будь яким БПЛА класу міні та вище. Можлива інсталяція сенсорів на розповсюджені всепогодні БПЛА DJI Inspire 1 без використання додаткових кабелів чи спеціального підвісу, що необхідно для більшості аналогічних спектральних комплексів. Тривалість польоту в 18 хвилин притаманна для DJI Inspire 1 є цілком достатньою для невеликих полів.

Розробники для максимальної уніфікації враховували і найбільш розповсюджені для стандартних БПЛА форм-факторів знімальної апаратури. Так, сенсор Sentera Double 4K може бути легко змонтований на стойці від розповсюдженої на ринку екшн камери GoPro® HERO 4.

Жорстке кріплення, окрім позитивних моментів щодо мінімізації маси та вартості встановлення, має й недоліки щодо експлуатації, пов’язані з вібрацією БПЛА та його нахилами при поривах вітру та маневруванні. Якщо говорити про відео потів, то це дещо ускладнює сприйняття інформації, проте за створення карт розподілу вегетаційних індексів становить істотну методичну проблему. Для таких користувачів компанією пропонується спеціальний стабілізований карданний підвіс.

Сенсор Sentera Double 4K на стабілізуючому карданному підвісі для БПЛА DJI Inspire 2 и Inspire 1 (технологія Lock & Go)

Для більших за масштабом полів у лінійці сенсорів Sentera на ринку України представлений сенсор AGX710 Ag Precision Sensor.

Сенсор Sentera AGX710 (https://smartdrones.ua/products/agx710)

Рекомендованим носієм такого сенсору є БПЛА DJI Matrice 200 Series, тривалість польоту якого становить 38 хвилин, завдяки чому він здатний обстежити до 65 гектарів.

Окрім сенсорного обладнання компанія розробила і відповідне програмне забезпечення Sentera FieldAgent, призначене для обробки даних фотозйомки. Загалом питання створення цифрових карт на базі фотознімків уже достатньо добре відпрацьоване, існують багато програм різних розробників, таких як:

• pix4d (https://www.pix4d.com/);
• Agisoft PhotoScan (https://www.agisoft.com/) – софт платний, проте є безкоштовний період користування і в наявності російськомовна локалізація.

Існують і безкоштовні сервіси, проте більшість такого ПЗ орієнтовані на хмарні сервіси, що обумовлює необхідність високошвидкісного доступу до мережі Інтернет, що не завжди зручно та дешево реалізувати в польових умовах. Враховуючи специфіку аграрного виробництва, ПЗ Sentera FieldAgent може працювати автономно без доступу до Інтернету і здатне формувати шейп-файли (.SHP) із завдання безпосередньо для наземного обладнання.

Безперечно, рішення від компанії Sentera є цікавими і знайшли свою нішу на ринку аграрного обладнання, особливо в якості індикаційного знаряддя для агронома. Проте при побудові карт розподілу вегетаційних індексів є і певні недоліки, а саме відсутність системи автоматичного врахування змін освітлення, що дуже важливо у вимірювальному режимі. Такі нескориговані дані потребують додаткових наземних досліджень, що ускладнює автоматизацію цих процесів, оскільки для калібрування потрібно мати значення з усього можливого діапазону величин вегетаційних індексів на полі, і не факт, що вдасться знайки таку зручну ділянку поруч.

І на остачу…

Ринок аграрних послуг швидко розвивається, в тому числі номенклатура спектрального сенсорного та супутнього обладнання для дистанційного моніторингу. Тому варто постійно моніторити новітні розробки.

На сьогодні вже існує професійне спектральне обладнання, здатне враховувати і зміни освітлення за рахунок штатних засобів. Їх ми розглянемо в наступних статтях.