По мне­нию уче­ных Мас­са­чу­сет­ско­го тех­но­ло­ги­че­ско­го инсти­ту­та (США) при­ме­не­ние спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ных сель­ско­хо­зяй­ствен­ных БПЛА, или в про­сто­ре­чии «бес­пи­лот­ни­ков», вхо­дит в первую десят­ку наи­бо­лее пер­спек­тив­ных тех­но­ло­гий для сель­ско­го хозяйства.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА)

Когда БПЛА или «бес­пи­лот­ни­ки» упо­ми­на­ют­ся в ново­стях, вы уже не сомне­ва­е­тесь в том, что далее пой­дет инфор­ма­ция о воен­ных дей­стви­ях. Одна­ко чисто воен­ной сфе­рой при­ме­не­ние «бес­пи­лот­ни­ков» не огра­ни­чи­ва­ет­ся. Они вос­тре­бо­ва­ны и в сель­ском хозяй­стве: ведь бла­го­да­ря совре­мен­ным тех­но­ло­ги­ям, для того что­бы под­нять в небо БПЛА для опе­ра­тив­но­го кон­тро­ля за посе­ва­ми, нужен все­го один чело­век и соот­вет­ству­ю­щие затра­ты не идут ни в какое срав­не­ние с затра­та­ми на аэро­фо­то­съем­ку с бор­та само­ле­та или вер­то­ле­та. Что же каса­ет­ся исполь­зо­ва­ния спут­ни­ко­вых сним­ков, то силь­ная зави­си­мость от погод­ных фак­то­ров извест­на всем. А за счет мень­шей высо­ты съем­ки БПЛА обес­пе­чи­ва­ют более каче­ствен­ную и точ­ную кар­тин­ку. К тому же модуль­ный прин­цип кон­струк­ции совре­мен­ных «бес­пи­лот­ни­ков» поз­во­ля­ет изме­нять состав их навес­но­го обо­ру­до­ва­ния, что предо­став­ля­ет воз­мож­ность учесть потреб­но­сти кон­крет­но­го хозяйства.

Мультикоптеры

Местом про­ве­де­ния наше­го неболь­шо­го тест-драй­ва на этот раз ста­ло одно из хозяйств в феде­раль­ной зем­ле Север­ный Рейн — Вест­фа­лия (ФРГ). Но в дан­ном слу­чае место — не глав­ное. Глав­ным стал объ­ект — муль­ти­ко­птер X8000. Имен­но этот аппа­рат про­из­вод­ства фир­мы geo-konzept ока­зал­ся в нашем рас­по­ря­же­нии летом про­шло­го года, и мы реши­ли опро­бо­вать его в деле.

На момент про­ве­де­ния тестов дан­ный вось­ми­ло­паст­ной муль­ти­ко­птер, или окто­ко­птер, являл­ся самой стар­шей моде­лью в линей­ке БПЛА фир­мы geo-konzept. Одна­ко сей­час его вытес­нил XR6 — шести­ло­паст­ной муль­ти­ко­птер с более мощ­ны­ми элек­тро­дви­га­те­ля­ми. Это поз­во­ли­ло уве­ли­чить полет­ное вре­мя. В осталь­ном же эти муль­ти­ко­пте­ры прак­ти­че­ски идентичны.

Теперь что каса­ет­ся самой кон­цеп­ции дан­но­го типа БПЛА — муль­ти­ко­пте­ров. Это бес­пи­лот­ные лета­тель­ные аппа­ра­ты с несколь­ки­ми несу­щи­ми вин­та­ми. В отли­чие от моде­лей само­лет­но­го типа, они могут взле­тать и садить­ся вер­ти­каль­но, а так­же зави­сать в воз­ду­хе в нуж­ной точ­ке. Для взле­та или посад­ки муль­ти­ко­пте­ров фир­мы geo-konzept вполне доста­точ­но пло­щад­ки 2 на 2 м.

Что­бы наи­луч­шим обра­зом исполь­зо­вать хоро­шие погод­ные, а зна­чит и лет­ные усло­вия, для подоб­но­го типа БПЛА мы реко­мен­ду­ем сра­зу при­об­ре­тать несколь­ко смен­ных акку­му­ля­тор­ных бло­ков. Ведь в ином слу­чае при­дет­ся изыс­ки­вать источ­ник пита­ния для орга­ни­за­ции заряд­ки в поле, да и про­цесс этот зани­ма­ет не 5 минут.

Требования и ограничения

Посколь­ку для мак­си­маль­ной про­дол­жи­тель­но­сти поле­та, а зна­чит и боль­шей про­из­во­ди­тель­но­сти подоб­ных лета­тель­ных аппа­ра­тов они долж­ны иметь как мож­но мень­шую мас­су, про­из­во­ди­те­ли ста­ра­ют­ся исполь­зо­вать в их кон­струк­ции угле­пла­сти­ки и дру­гие ком­по­зит­ные мате­ри­а­лы. Повы­ше­ние эффек­тив­но­сти рабо­ты, стрем­ле­ние мак­си­маль­но облег­чить кон­струк­цию БПЛА вызва­но и зако­но­да­тель­ны­ми огра­ни­че­ни­я­ми в той или иной стране.

В Гер­ма­нии граж­дан­ский «бес­пи­лот­ник» может иметь мас­су до 5 кг. При­чем в дан­ном слу­чае речь идет не о соб­ствен­ной мас­се аппа­ра­та, а о его мак­си­маль­ной взлет­ной мас­се (т. е. соб­ствен­ная мас­са + мас­са уста­нов­лен­но­го на него обо­ру­до­ва­ния). В Рос­сии подоб­ных огра­ни­че­ний пока нет, одна­ко соот­вет­ству­ю­щие меры уже про­ра­ба­ты­ва­ют­ся. Напри­мер, поправ­ки в Воз­душ­ный кодекс Рос­сий­ской Феде­ра­ции, на момент напи­са­ния ста­тьи нахо­дя­щи­е­ся на рас­смот­ре­нии в Гос­ду­ме Р Ф, преду­смат­ри­ва­ют 30‑килограммовую мак­си­маль­ную взлет­ную мас­су «бес­пи­лот­ни­ков», для кото­рых не тре­бу­ет­ся госрегистрация.

Про­дол­жая тему зако­но­да­тель­ных огра­ни­че­ний, сто­ит отме­тить, что муль­ти­ко­пте­рам не вез­де мож­но летать. Так, для ком­мер­че­ско­го исполь­зо­ва­ния в Гер­ма­нии кро­ме огра­ни­че­ния по зонам поле­та суще­ству­ет огра­ни­че­ние по высо­те — 100 м. В Рос­сии ситу­а­ция не столь одно­знач­на. С фор­маль­ной точ­ки зре­ния для«беспилотников» неза­ви­си­мо от их мас­сы, высо­ты и зоны поле­та дей­ству­ет раз­ре­ши­тель­ный поря­док реги­стра­ции поле­тов, что не вполне кор­рект­но. Ведь для той же лег­ко­мо­тор­ной авиа­ции для опре­де­лен­ных полет­ных зон и высот при­сут­ству­ет уве­до­ми­тель­ный поря­док. Воз­мож­но в бли­жай­шее вре­мя пра­во­вая ситу­а­ция с «бес­пи­лот­ни­ка­ми» в этой сфе­ре улучшится.

Разу­ме­ет­ся, пол­но­стью пере­но­сить пра­ви­ла визу­аль­ных поле­тов по лег­ко­мо­тор­ным воз­душ­ным судам на БПЛА нель­зя. Ведь, во‑первых, даже нали­чие систе­мы теле­на­блю­де­ния на БПЛА не все­гда поз­во­ля­ет свое­вре­мен­но уви­деть опас­ность и избе­жать ее. Во-вто­рых, сто­ит учи­ты­вать, что ско­рость реак­ции внеш­не­го пило­та ока­зы­ва­ет­ся, как пра­ви­ло, ниже, чем при тра­ди­ци­он­ном управ­ле­нии. Поэто­му в миро­вой прак­ти­ке, к при­ме­ру в той же Гер­ма­нии, поле­ты БПЛА раз­ре­ше­ны лишь при усло­вии воз­мож­но­сти визу­аль­но­го кон­тро­ля внеш­не­го пило­та за поле­том аппа­ра­та. Имен­но поэто­му в про­грамм­ное обес­пе­че­ние систе­мы управ­ле­ния БПЛА, поми­мо высот­но­го огра­ни­че­ния, закла­ды­ва­ет­ся и огра­ни­че­ние по ради­у­су при­ме­не­ния — 800…1000 м. Одна­ко на прак­ти­ке полу­ча­ет­ся, что даже при уда­ле­нии БПЛА на рас­сто­я­ние 500 м от внеш­не­го пило­та визу­аль­но раз­ли­чить аппа­рат в небе ста­но­вит­ся прак­ти­че­ски невоз­мож­но. Что же каса­ет­ся исполь­зо­ва­ния БПЛА на боль­шем ради­у­се при­ме­не­ния и боль­шей высо­те, то сто­ит при­знать, что раз­ре­ши­тель­ный поря­док поле­тов выгля­дит вполне логично.

Полетаем?

Если конеч­ной целью поле­та явля­ет­ся не про­сто видео­съем­ка кра­си­вых пей­за­жей, а полу­че­ние дан­ных, кото­рые мож­но исполь­зо­вать, напри­мер при состав­ле­нии кар­ты для диф­фе­рен­ци­ро­ван­но­го вне­се­ния удоб­ре­ний или СЗР, то без высо­кой точ­но­сти при гео­гра­фи­че­ской при­вяз­ке не обойтись.

В поле нуж­но раз­ме­стить неко­то­рое коли­че­ство мар­ке­ров, кото­ры­ми будут отме­че­ны наи­бо­лее уда­лен­ные точ­ки. Поло­же­ние мар­ке­ров, разу­ме­ет­ся, необ­хо­ди­мо тоже опре­де­лить. Для это­го потре­бу­ет­ся высо­ко­чув­стви­тель­ный при­ем­ник спут­ни­ко­вой систе­мы навигации.

Что же каса­ет­ся само­го пла­ни­ро­ва­ния поле­та, то за это отве­ча­ет назем­ный ком­плекс управ­ле­ния (НКУ). Его функ­ции может вполне выпол­нять ноут­бук с соот­вет­ству­ю­щим про­грамм­ным обес­пе­че­ни­ем, досту­пом в Интер­нет и антенной.

При нали­чии всех исход­ных дан­ных марш­рут поле­та спла­ни­ро­вать неслож­но. Это мож­но сде­лать бук­валь­но за пару кли­ков мыши. Для нача­ла необ­хо­ди­мо задать место­по­ло­же­ние и выбрать на кар­те площадь.

Важ­ным фак­то­ром для пла­ни­ро­ва­ния поле­та явля­ет­ся тип исполь­зу­е­мо­го объ­ек­ти­ва каме­ры. Дан­ные по его харак­те­ри­сти­кам нуж­но так­же зане­сти в про­грам­му. Затем надо пере­про­ве­рить вхож­де­ние в изна­чаль­но отме­чен­ный кон­тур всех необ­хо­ди­мых пло­ща­дей. После это­го мож­но давать про­грам­ме коман­ду на рас­чет полет­но­го марш­ру­та. В ходе про­сче­та марш­ру­та про­грам­ма опре­де­лит поло­же­ние кон­троль­ных точек и трасс поле­та. Если допол­ни­тель­но тре­бу­ет­ся точ­но отснять опре­де­лен­ную точ­ку на поле, ее мож­но доба­вить к полет­но­му зада­нию вруч­ную. Таким же обра­зом зада­ют­ся точ­ки взле­та и посад­ки муль­ти­ко­пте­ра. Без них он не най­дет обрат­но­го пути в авто­ма­ти­че­ском режиме.

Мотор, камера, снято!

Для того что­бы во вре­мя поле­та БПЛА уста­нов­лен­ная на нем каме­ра была направ­ле­на ров­но туда, куда она долж­на быть направ­ле­на неза­ви­си­мо от его манев­ров, каме­ра уста­нов­ле­на на гиро­ста­би­ли­зи­ро­ван­ной под­вес­ке, кото­рая ком­пен­си­ру­ет тан­гаж и крен БПЛА во вре­мя полета.

Одна­ко для полу­че­ния чет­кой и каче­ствен­ной кар­тин­ки необ­хо­ди­мо нали­чие еще одной систе­мы — кар­дан­ной под­вес­ки. Она отве­ча­ет за ста­би­ли­за­цию каме­ры, ком­пен­си­руя воз­ни­ка­ю­щие во вре­мя поле­та вибрации.

Что же каса­ет­ся исполь­зу­е­мых камер, то, посколь­ку основ­ны­ми тре­бо­ва­ни­я­ми, предъ­яв­ля­е­мы­ми к ним, явля­ют­ся малые раз­мер и мас­са, выбор ока­зы­ва­ет­ся не слиш­ком велик. RGB, муль­тис­пек­траль­ная или теп­ло­ви­зи­он­ная каме­ра — все­го три вари­ан­та. Какой вари­ант исполь­зо­вать, зави­сит от тех задач, кото­рые вы перед собой ставите.

В нашем слу­чае для оцен­ки и про­гно­зи­ро­ва­ния уро­жай­но­сти зер­но­вых мы исполь­зо­ва­ли RGB-каме­ру. Эту каме­ру мож­но исполь­зо­вать для оцен­ки поле­вой всхо­же­сти сахар­ной свек­лы или оцен­ки куще­ния зер­но­вых, что может быть крайне инте­рес­но для селек­ци­о­не­ров. Отсня­тые каме­рой изоб­ра­же­ния после пере­да­чи их на ком­пью­тер обра­ба­ты­ва­ют­ся. На выхо­де полу­ча­ет­ся орто­фо­то­сни­мок — топо­гра­фи­че­ский фото­сни­мок в орто­го­наль­ной про­ек­ции с при­вяз­кой по гео­гра­фи­че­ским коор­ди­на­там. Такой сни­мок уже мож­но соот­не­сти с суще­ству­ю­щи­ми элек­трон­ны­ми кар­та­ми полей. Имея све­де­ния о вне­се­нии удоб­ре­ний и про­ве­де­нии химо­б­ра­бо­ток на этих полях, лег­ко сде­лать выво­ды об их резуль­та­те. На осно­ве дан­ных по обес­пе­чен­но­сти рас­те­ний пита­тель­ны­ми веще­ства­ми и вла­гой, а так­же инфор­ма­ции о состо­я­нии посе­вов уже мож­но выра­бо­тать реко­мен­да­ции для сле­ду­ю­щих в сево­обо­ро­те культур.

Ключ на старт

Преж­де чем аппа­рат пой­дет на взлет, после извле­че­ния из транс­пор­ти­ро­воч­но­го коф­ра моде­ли X8000 необ­хо­ди­ма неболь­шая досбор­ка. А вот для новой моде­ли XR6 это­го делать уже не надо будет.

В цен­тре под защит­ной крыш­кой (кожу­хом) рас­по­ло­же­ны блок элек­трон­но­го управ­ле­ния элек­тро­дви­га­те­ля­ми, гиро­скоп, аль­ти­метр (высо­то­мер), а так­же при­ем­ник GPS. На раме кор­пу­са закреп­ле­ны лучи, на кото­рых нахо­дят­ся элек­тро­дви­га­те­ли с про­пел­ле­ра­ми. Часто­та вра­ще­ния каж­до­го из про­пел­ле­ров лета­тель­но­го аппа­ра­та регу­ли­ру­ет­ся элек­трон­ным бло­ком управ­ле­ния по отдель­ным неза­ви­си­мым лини­ям пита­ния элек­тро­дви­га­те­лей. Бла­го­да­ря это­му кон­трол­лер, ком­би­ни­руя раз­лич­ные соче­та­ния часто­ты вра­ще­ния про­пел­ле­ров муль­ти­ко­пте­ра поз­во­ля­ет про­из­воль­но изме­нять ско­рость, направ­ле­ние и высо­ту поле­та тако­го лета­тель­но­го аппарата.

Для того что­бы элек­тро­дви­га­те­ли при­во­ди­ли в дви­же­ние про­пел­ле­ры, необ­хо­ди­мо нали­чие источ­ни­ка энер­гии, в каче­стве кото­ро­го исполь­зу­ют­ся литий-поли­мер­ные акку­му­ля­тор­ные бата­реи. При их мон­та­же и под­клю­че­нии нуж­на осо­бая тща­тель­ность. Ведь отклю­че­ние одной из них вслед­ствие поте­ри элек­три­че­ско­го кон­так­та в пита­ю­щей цепи прак­ти­че­ски неиз­беж­но при­ве­дет к мини­а­тюр­ной авиа­ка­та­стро­фе с боль­ши­ми финан­со­вы­ми поте­ря­ми. После про­вер­ки систе­мы пита­ния оста­ет­ся лишь уста­но­вить на под­вес­ку выбран­ную каме­ру, под­клю­чить и закре­пить ее.

Все на месте, все закреп­ле­но и под­клю­че­но? После про­ве­де­ния пол­но­го пред­по­лет­но­го осмот­ра муль­ти­ко­пте­ра мож­но взлетать!

Соб­ствен­но управ­ле­ние поле­том муль­ти­ко­пте­ра может про­ис­хо­дить в двух режи­мах: руч­ном и авто­ма­ти­че­ском. В пер­вом слу­чае взлет и посад­ку аппа­ра­та про­из­во­дит сам опе­ра­тор с помо­щью пуль­та дистан­ци­он­но­го управления.

Осу­ще­ствив взлет, опе­ра­тор может про­дол­жать управ­лять аппа­ра­том сам либо пере­клю­чить систе­му управ­ле­ния в режим авто­пи­ло­та. В послед­нем слу­чае полет муль­ти­ко­пте­ра по задан­но­му марш­ру­ту будет про­ис­хо­дить авто­ма­ти­че­ски. Достиг­нув пер­вой кон­троль­ной точ­ки, муль­ти­ко­птер будет сле­до­вать по рас­счи­тан­ной трас­се поле­та к сле­ду­ю­щей точ­ке и так далее. Ино­гда ско­рость его поле­та будет дости­гать 50 км/ч.

По окон­ча­нии выпол­не­ния полет­но­го зада­ния или после зна­чи­тель­но­го раз­ря­да акку­му­ля­тор­ных бата­рей муль­ти­ко­птер авто­ма­ти­че­ски воз­вра­ща­ет­ся в ту точ­ку, отку­да был осу­ществ­лен взлет, и зави­са­ет в воз­ду­хе. В этом момент опе­ра­тор может взять на себя управ­ле­ние и акку­рат­но осу­ще­ствить посадку.

Что же каса­ет­ся пол­но­стью авто­ма­ти­че­ско­го режи­ма, то в нем и взлет, и посад­ку муль­ти­ко­птер выпол­ня­ет сам. Совер­шив посад­ку, он пере­да­ет все собран­ные дан­ные в назем­ный ком­плекс управ­ле­ния, после чего мож­но пере­ез­жать на оче­ред­ной участок.

В другом свете

Как уже было отме­че­но, оба БПЛА мож­но задей­ство­вать не толь­ко с RGB-каме­рой, но и с муль­тис­пек­траль­ной или теп­ло­ви­зи­он­ной камерами.

Для состав­ле­ния карт вне­се­ния удоб­ре­ний или же, напри­мер, для оцен­ки посе­вов рап­са будут полез­ны сним­ки муль­тис­пек­траль­ной каме­рой. Все­го в каме­ре шесть кана­лов. Один пред­на­зна­чен для съем­ки в види­мом спек­тре, а пять остав­ших­ся — для оцен­ки отра­же­ния све­та от поверх­но­сти рас­те­ний. Три кана­ла рабо­та­ют в ближ­нем инфра­крас­ном диа­па­зоне. Мож­но ска­зать, что эта систе­ма похо­жа на систе­му Yara N-Sensor, толь­ко несколь­ко более точ­ную бла­го­да­ря высо­ко­му разрешению.

Что же каса­ет­ся исполь­зо­ва­ния теп­ло­ви­зи­он­ной каме­ры, то основ­ные направ­ле­ния ее рабо­ты сле­ду­ю­щие: полу­че­ние дан­ных по вод­но­му стрес­су зер­но­вых при недо­стат­ке вла­ги и под­го­тов­ка меро­при­я­тий по предот­вра­ще­нию гибе­ли диких живот­ных при уборке.