Rolnictwo – Dron w rolnictwie

Dron w rolnictwie

W poniższym tekście  wyjaśniamy, co można zobrazować dronem, jakimi typami kamer i jakie wyniki otrzymamy przy ich użyciu.

Zarejestrowany dronem obraz pozwala na ocenę stanu roślinnego, zidentyfikowanie stanu upraw i szybkie wyeliminowanie zagrożenia dla Twojego pola.

Najnowsza technologia pozyskiwania danych poprzez UAV umożliwia ocenę kondycji roślin a także wykrywanie różnic w uprawie w krótkim czasie.

Korzystanie z algorytmów zdrowia roślinnego, z mapami NDVI wykonanymi dronem podkreśla różnorodność i ułatwia wykrycie kondycji roślin. Jednak, ponieważ, krąży wiele błędnych opinii na temat NDVI spójrzmy na nie dokładniej – gdyż to skomplikowany temat.

W poniższym poście zajmiemy się najpopularniejszymi pytaniami, np., „Jakiego typu kamerę  kupić” i „jaka jest różnica między NDVI, i VARI”?

Dron w rolnictwie.

Algorytmy zdrowotne dla roślin umożliwiają hodowcom i rolnikom określenie zróżnicowania stanu upraw.

Zmierzenie zdrowia roślin za pomocą kamer i czujników zamocowanych pod dronem jest możliwe, gdyż zdrowe rośliny odbijają światło inaczej niż te niezdrowe.

Zdrowe rośliny odbijają zielone światło bardziej, niż światło czerwone. Na mapie wygląda to w sposób taki, iż obszary zielone to żywe i nawodnione rośliny.

Rośliny odbijają również światło bliskiej podczerwieni (NIR), które jest niewidoczne gołym okiem. To spektrum światła odbitego jest wykrywane tylko przy użyciu kamer multispektralnych.

Algorytmy zdrowia roślin, takie jak NDVI i VARI  porównują proporcje światła przechwyconego w różnych pasmach (czerwone, zielone, niebieskie,

Aby obliczyć mapę wartości te, jako liczbowe są przypisane dla każdego piksela będącego powstałego z tych kolorów.

Mapy zdrowia roślin są następnie przypisywane do kolorów w oparciu o  wartości numeryczne, ułatwia to identyfikację zdrowych i niezdrowych obszarów

Kolejno, piksele stają się składnią wielokolorowej mapy, dla ułatwienia identyfikacji różnorodności obszarów.

 Dane z obrazowania wielospektralnego mają następujące zalety

• Identyfikacja szkodników, chorób i chwastów. Optymalizacja stosowania pestycydów i oprysków poprzez wczesne wykrywanie.
• Dostarczanie danych na temat żyzności gleby i doskonalenie nawożenia poprzez wykrywanie niedoborów składników pokarmowych.
• Pomoc w gospodarowaniu gruntami oraz w podejmowaniu decyzji o zaprzestaniu produkcji rolnej lub płodozmianie upraw itp.
• Liczenie roślin i określanie populacji lub problemów związanych z odstępami między roślinami. Oszacowanie plonów.
• Pomiary nawadniania. Kontrola nawadniania upraw poprzez identyfikację obszarów, w których podejrzewa się stres wodny.
• Zobacz szkody w uprawach pochodzące z maszyn rolniczych i wykonaj niezbędne naprawy lub wymień problematyczne maszyny.

Jakimi  aparatami fotograficznymi mogę oceniać zdrowie roślin?

Stosuje się  kilka typów kamer, każda z nich jestn inna i służy do konkretnego działania.

Przyjrzyjmy się tym najpopularniejszym.

Dron w rolnictwie – Kamery RGB

RGB – czyli typowe – kamery przechwytują światło czerwone, zielone i niebieskie.(RGB) Jest to typ aparatu dostępny w większości modeli dronów

 Zalety korzystania z kamery RGB

Po pierwsze, kamery RGB są standardem wyposażenia każdego profesjonalnego drona – dzięki czemu jest to opcja, niewymagająca zakupu dodatkowych czujników.      Po drugie, aparaty RGB przechwytują obrazy rzeczywiste, co znaczy, że obraz ten jest nam  znany i łatwy do interpretacji.

Kamery RGB są również wielofunkcyjne, co oznacza, że są w stanie wykonywać zdjęcia na przykład do tworzenia szczegółowych ortofotomap.

Wady czujników RGB

Warto pamiętać, iż kamery RGB nie są przeznaczone stricte do celów rolniczych. Używa się ich do określania względnego zdrowia roślin. Oznacza to, że jeśli przelecisz połowę swojego pola jednego dnia, a drugą połowę następnego, nie otrzymasz użytecznego odczytu stanu upraw.

Dzieje się tak, ponieważ ilość światła słonecznego i pokrywa chmur powinna być w miarę być jednakowa aby uzyskać dane przydatne do analizy.

Kamery podczerwone (NIR)

Istnieją dwa główne typy kamer NIR: Zmodyfikowane kamery RGB oraz Multispektralne. Te drugie to zazwyczaj są stosunkowo drogie, Przyjrzyjmy się bliżej tym dwóm typom kamer.

•  Kamery RGB zmodyfikowane dla bliskiej podczerwieni

Modyfikowane aparaty są wyposażane są w filtr, aby w zależności od modelu zastosować kombinację światła  czerwonego, zielonego i niebieskiego i na tej podstawie uzyskać wynik VARI, czyli prostą mapę stanu wegetacji roślin.

•  Kamery Multispektralne

Kamery multispektralne przechwytują światło czerwone, zielone, niebieskie oraz bliskiej  podczerwieni. np. Seqoia,lub MicaSense  pozwalają na bardziej efektywne zarządzanie uprawami, glebą, nawożeniem lub nawadnianiem.

Zarówno dla rolnika, jak i dla szeroko rozumianego środowiska naturalnego istnieją ogromne korzyści wynikające z minimalizacji zużycia oprysków, nawozów, marnotrawienia wody przy jednoczesnym zwiększeniu plonów z upraw.

Dron w rolnictwie – Technologia multispektralna

Technologia teledetekcji za pomocą kamer wielospektralnych wykorzystuje pasma fal zielonych, czerwonych, czerwonych i bliskiej podczerwieni do rejestrowania zarówno widocznych, jak i niewidocznych obrazów roślinności i roślinności.

Obrazy wielospektralne integrują się ze specjalistycznym oprogramowaniem rolniczym, które generuje informacje w postaci znaczących danych.

Telemetria gruntów, dane o glebie i plonach pozwalają plantatorom na bardziej efektywne monitorowanie i zarządzanie gospodarstwem, oszczędzając czas i pieniądze oraz pestycydy.

 Zalety kamer multispektralnych

Jedną z głównych korzyści przy stosowaniu zmodyfikowanych kamer RGB i multispektralnych jest ich zdolność do samokalibracji za pomocą czujników światła, przez to możliwe jest porównanie  danych  zdrowia roślin wraz z upływem czasu.

Oznacza to, że można porównywać różne dane na mapie, pomimo zmian słońca i zachmurzenia z dnia na dzień lub z tygodnia na tydzień. Ta zdolność jest istotna dla agronomów, którzy pracują z rolnikami przez cały sezon.

Wady kamer multispektralnych

Kamery kamer multispektralne zapewniają wysoką wydajność i dokładne mapy NDVI, jednak wymagają znacznie większej inwestycji niż standardowe kamery RGB. Kamery o wysokiej, jakości NIR mogą kosztować od 1200 USD do 7 000 USD. Dodatkowo na rynku jest dostępne wiele rozwiązań tych kamer a zastosowanie ich zamiennie powoduje złą składnię map oraz niespójność ich opracowań

Dlatego sugerujemy stosowanie kamer jednego producenta, jeśli planujesz wielokrotnie przeprowadzać inspekcję tego samego pola.

Dron w rolnictwie – Technologia Hiperspektralna

Obrazowanie spektralne polega na wykrywaniu światła odbitego przez rośliny za pomocą specjalistycznych czujników. Jest ona mierzona w pasmach spektralnych. Im większa liczba pasm, tym większa dokładność, elastyczność i zawartość informacji. Obrazowanie spektralne jest obecnie szeroko stosowane w rolnictwie i rolnictwie precyzyjnym.

Obecnie kamery montowane na dronie wykorzystują technologię obrazowania multispektralnego. Technologia multispektralna (5-7 pasm) może zapewnić dobry przegląd upraw, takich jak ogólny wzrost i NDVI, ale nie jest w stanie tego zrobić w zintegrowany, skalowalny i pomóc rozwiązać bardziej złożone problemy, takie jak chwasty, szkodniki, choroby.

Technologia hiperspektralna stosowana z jej podwyższonymi możliwościami wykrywania dzięki większej liczbie pasm spektralnych, pozwala na opracowanie rozwiązań dla niemal każdego problemu napotkanego w terenie.

Obrazowanie hiperspektralne w rolnictwie pozwala znacznie rozszerzyć zakres zagadnień rolniczych i zastosowań, które można rozwiązać za pomocą teledetekcji.

 Obrazowanie hiperspektralne w rolnictwie

Prawie każdy problem rolniczy (chwasty, choroby, niedobór składników odżywczych itp.) zmienia fizjologię rośliny, a zatem wpływa na jej właściwości odbijające. Zdrowe rośliny uprawne i uprawy dotknięte chorobą inaczej odbijają światło słoneczne.

Dzięki obrazowaniu hiperspektralnemu można wykryć bardzo małe zmiany w fizjologii rośliny i skorelować je ze spektrum odbitego światła.

Specjliści bardzo ciepło przyjmuja wiadomości, iż z tego typu kamer można pozyskiwać dane VNIR

VNIR  to w skrócie część widzialna bliskiej podczerwieni i widma elektromagnetycznego która ma długości fal od około 400 do 1400 nanometrów która łączy pełne widzialne widmo z sąsiednią częścią widma w podczerwieni aż do pasma absorpcji wody między 1400 a 1500 nm

Pasmo to jest pozyskiwane również przez satelity na pokładzie których najczęscie zamontowanesa dwie niezależne kamery hiperspektralne.

SWIR  to krótkofalowe światło podczerwone (SWIR) jest zwykle określane jako światło w zakresie długości fal od 0,9 do 1,7 μm, jednak może być również klasyfikowane jako 0,7 – 2,5 μm.
W przeciwieństwie do promieniowania podczerwonego (MWIR) i długiej fali podczerwonej (LWIR), emitowanego z samego obiektu, SWIR jest podobny do światła widzialnego, ponieważ fotony są odbijane lub pochłaniane przez obiekt, zapewniając silny kontrast potrzebny dpo obrazowania rozdzielczości.
Obrazowanie SWIR ma wiele zalet,jest używane do kontroli, sortowania, nadzoru, kontroli jakości i wielu innych aplikacji.

Dron w rolnictwie Kamera hiperspektralna

Kamera hiperspektralna, rejestruje minimum 41 pasm spektralnych, co pozwala na wykonanie 41 pomiarów widma w porównaniu z 5-7 pomiarami wykonanymi przy użyciu kamer wielospektralnych.

Skutkuje to znacznie wyższą zawartością informacji o danych pozyskanych za pomocą kamery do obrazowania hiperspektralnego. Wysoka rozdzielczość spektralna danych pozwala na wykrywanie i identyfikację wywnioskowanych procesów biologicznych i chemicznych w uprawach, co otwiera pełen zakres zastosowań w rolnictwie precyzyjnym.

Jakiego typu algorytmu zdrowia roślin należy używać?

Zalecamy użycie algorytmu, który jest przeznaczony do danego typu zbieranych zdjęć.

Przyjrzyjmy się niektórym najczęstszym algorytmom zdrowia roślin stosowanemu w rolnictwie

 VARI, Co to jest VARI?

Widoczny Indeks Odporności (VARI) został zaprojektowany oraz przetestowany do współpracy z czujnikami RGB.

VARI jest miarą „jak zielony” jest obraz. VARI nie zastępuje wyniku z kamery NIR, ale ma znaczenie podczas pracy z obrazami innymi niż NDVI.

Obrazy RGB z zastosowanym algorytmem VARI umożliwiają wykrycie, jakości wegetacji na polu.

Dron w rolnictwie –  Dlaczego warto używać czujników RGB i algorytmu VARI?

Wielu rolników chce znać tylko względne zdrowie roślin na swoich polach. Obrazy RGB z algorytmem VARI dostarczają użytecznych informacji dotyczących wariacji w pojedynczym punkcie czasowym i mogą być cennym narzędziem pomagającym rolnikom zidentyfikować problem i zastosować właściwy środek bądź działalnie zapobiegawcze.

Co to jest NDVI?

Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) to powszechnie stosowana technika teledetekcji, która identyfikuje roślinność i mierzy ogólny stan roślinności. NDVI od wielu lat jest standardem w rozpoznaniu stanu roślin w rolnictwie.

W przeszłości obrazy bliskiej podczerwieni były zazwyczaj przechwytywane przez satelity lub samoloty załogowe, teraz do gry dołączyły drony.

Wcześniej pobranie danych z satelit trwało kilka tygodni lub więcej, dziś nagrania i zdjęcia z drona są dostępne prawie natychmiast.

NDVI polega na porównaniu światła podczerwonego (IR) w celu pomiaru trwałości roślin w szerokim zakresie warunków.

W przypadku roślin wysokich np.kukurydza o oceny wysokości uprawy przydatnym narzędziem jest również ortofotomapa na temat, której można więcej przeczytać w tym artykule.

Dron w rolnictwie Opryski – nawożenie z powietrza 

Za pomocą drona można w szybki i oszczędny sposób wykonać opryski pól uprawnych. Istnieją urządzenia wyposażone w zasobniki na nawozy płynne, które w połączeniu z lotem autonomicznym, planowanym przy użyciu specjalnie do tego zaprojektowanej aplikacji, wykonują prace, które tradycyjnie robi się opryskiwaczami rolniczymi.

Wydajność oprysku można zmultiplikować stosując większą ilość urządzeń latających nad opryskiwanym zasiewem bądź nasadzeniem Tak pokrótce można opisać urządzenia a także algorytm jak również inne możliwości zastosowania drona w rolnictwie do obrazowania, oceny oraz wykazania stanu upraw upraw rolniczych.

System prowadzenia oprysku i zwiększonej dokładności, to klucz do sukcesu i wygody każdego rolnika.

Urządzenie

Urządzenie posiada dwie kompatybilne pompy, które kontrolują dysze znajdujące się z przodu, jak i z tyłu. Warto zaznaczyć, że kontrola ta przebiega niezależnie, co oznacza, że jednocześnie pompy są w stanie monitorować obie dysze.

Co więcej, operator może wybrać tryb prowadzenia oprysku. Do wyboru ma oprysk przedni, tylni oraz oprysk pełny. Urządzenia służące do wykonania oprysku pól uprawnych z powietrza są wyposażone w czujniki ciśnienia oraz przepływu.

Dzięki temu operator jest w stanie stale monitorować gęstość oprysku w czasie rzeczywistym. Dokładniejsza reakcja systemu oprysku na komendy jest możliwa dzięki dyszom, które w lepszy sposób wykorzystują ciąg powietrza pochodzący od śmigieł.

Wykorzystanie dronów w rolnictwie, czy leśnictwie

Wykorzystanie dronów w rolnictwie czy leśnictwie daje wiele korzyści: pozwala zaoszczędzić paliwo, ocenić kondycję upraw z innej perspektywy oraz umożliwia tworzenie map i pomiar działek.

Dodatkowo, w momencie zauważania alarmowej sytuacji, może niezwykle szybko podjąć działania mające na celu zapobiegnięcie utraty upraw, lub drzewostanu.

Coraz częstszym zastosowaniem dronów w rolnictwie będzie opryskiwanie upraw.

UAV w rolnictwie pozwala na opryskanie w krótszym czasie i przy praktycznie zerowych nakładach dużej powierzchni upraw, możliwy jest oprysk 1 ha w ciągu 35 minut. Na rynku dostępnych jest kilka rozwiązań dostosowanych do prowadzenia takich prac.

Wiodący producenci dronów

Jednym z wiodących producentów jest firma DJI mająca w ofercie kompletne urządzenie pozwalające przenosić ponad 10 kilogramów nawozów

Kolejnym ważnym argumentem dla drona przemawiającym za użyciem go w rolnictwie jest monitorowanie szkód w uprawach poczynionych przez szkodniki i przez to wcześniejsze zareagowanie oraz zastosowanie działań ochronnych.

UAV znajduje również wykorzystanie w badaniach stanu urządzeń nawadniających oraz zobrazowania czy uprawa w całości jest nawadniana w takim samym stopniu.

Do tego celu służą urządzenia wyposażone kamery termowizyjne. Kamera termowizyjna sprawdza, wydajność systemu nawadniającego, jego nastawy nastawy dla danej uprawy oraz jednolitość nawadniania.

Dzięki użyciu kamer termowizyjnych można ocenić zawartość wody w glebie by w momencie dobrej wilgotności nie nawadniać nie potrzebnie upraw i nie narażać się na ponoszenie związanych z tym wydatków.

Użycie UAV pozwala na ocenę jakości plonów.

Dzięki zastosowaniu w dronach kamer video i aparatów fotograficznych o bardzo wysokiej rozdzielczości można ocenić stan uprawy oraz podjąć w odpowiednim czasie decyzję czy nadaję się ona do zbioru czy jeszcze powinna dojrzewać.

Do tego celu służą dedykowane czujniki wizualne pozwalające na zliczenie roślin, pomiar ich wysokości, wyliczenie biomasy oraz gęstości pokrycia uprawy.

W tym celu stworzono czujniki wielospektralne pozwalające na monitorowanie zdrowia roślin, bezinwazyjne mapowanie chwastów, wykrywania anomalii uprawy i ocena szkód pogodowych

Dron w rolnictwie – Szybka reakcja na szkodniki.

W wypadku zauważenia takiego zagrożenia do urządzenia można podłączyć urządzenie, emiter, który emituje dźwięki o częstotliwości, która płoszy szkodniki.

Dron w precyzyjnym rolnictwie może w wymiernie szybki sposób sprawdzić czy naszych upraw nie niszczą szkodniki takie jak zwierzyna leśna czy gryzonie.

Doskonałym przykładem użycia UAV jest sadownictwo, gdzie dzięki wspomnianym wcześniej emiterom ultradźwięków bądź sygnałów świetlnych można odstraszać ptaki niszczące zbiory owoców.

Zastosowanie UAV pozwala na tworzenie map obszarowych

Wspomniane tworzenie map jak i pomiar działek (posiadanie dobrze nakreślonych map z uwzględnieniem własnego terenu, jest jednym z czynników szybkiego i pozytywnego otrzymania środków w ramach dopłaty obszarowej).

Mapę wykonuje się za pomocą specjalistycznej kamery multispektralnej, umożliwiającej wykonanie planu przestrzennego w dwóch trybach:

• standardowa mapa w formie zdjęcia z „lotu ptaka”
•  mapa w podczerwieni, dzięki której rolnik jest w stanie w szczegółowy sposób ocenić kondycję upraw

(a to w następstwie może pomóc zaoszczędzić nawet 30% wydatków na nawozy, które generują jedne z największych kosztów w gospodarstwie).

Przede wszystkim dron użyty w rolnictwie ułatwia wskazanie, kiedy doszło do szkody w uprawach i zachodzi potrzeba np. ubezpieczycielowi wielkości szkód w miejscach, do których trudno dotrzeć pieszo, szczególnie takich jak wysokie zasiewy typu kukurydza, rzepak czy tytoń.

Z lotu ptaka można dość dokładnie sprawdzić i oszacować ze zdjęć obszar uszkodzeń spowodowanych na przykład przez grad czy dziką zwierzynę.

Przy pomocy UAV jesteśmy w stanie wykonać ortofotomapy

Mapy te potrzebne są np. do założenia melioracji, w miejscach gdzie jest problem z zalewami pól.

Jednym z przykładowych urządzeń pozwalających, po podczepieniu pod niego odpowiedniej aparatury na wykonywanie takich map, jest Octocopter Hornet T8XXL RTF.

Zapraszamy do korzystania z naszych usług.

Nowe zastosowanie dronów w rolnictwie

Znaczenie dronów w rolnictwie sukcesywnie wzrasta. Mogą one zarówno monitorować uprawy, jak i stada zwierząt hodowlanych. Drony pozwalają również na ocenę jakości plonów, szybką reakcję na ewentualne szkodniki oraz wykonać opryski. Drony mogą jednak znacznie więcej.

Jak wiemy, małe drony nie posiadają ani dużego zasięgu, ani dużego udźwigu. Co innego jest w przypadku większych urządzeń. A co, gdyby tak drony rozsiewały np. nawozy w naprawdę ekstremalnych i trudnych warunkach? Mówisz, masz. Powstał dron, który w chwili obecnej posiada udźwig aż 30 kg. Co potrafi ta maszyna? Nie dość, że potrafi poruszać się z prędkością dochodzącą nawet do 40 km/h, to jest w stanie rozsiać nawóz. Nie tylko na płaskim terenie, ale również na tym ekstremalnie wymagającym i trudnym, na którym znajdują się górskie winnice.

Kwestia czasy, gdy przeczytamy o kolejnych doniesieniach i niecodziennych zastosowaniach dronów.

Źródło