БПЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЛЕСА Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

Секция

«МОЛОДЕЖЬ, НАУКА, ТВОРЧЕСТВО

(направления СПО)»

УДК 629.735.7

БПЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЛЕСА

Р. Е. Акимов, А. Г. Усынина, Я. Ю. Петров П. И. Садыкова М. В. , Титович*

Красноярский политехнический техникум Российская Федерация, 660079, г. Красноярск, ул. А. Матросова, 20 *Е-шаИ: [email protected]

В данной статье описано применение беспилотного летательного аппарата для мультис-пектральной азрофотосъемки хвойного леса.

Ключевые слова: беспилотная мобильная платформа, квадрокоптер, мультиспектральная аэрофотосъемка.

UAV FOR MONITORING THE CONDITION OF FOREST

R. E. Akimov., A. G. Usynina, I. U.Petrov, P. I. Sadykova, M. V. Titovitch*

Krasnoyarsk Polytechnic College 20, A. Matrosova Str., Krasnoyarsk, 660070, Russian Federation

*Е-mail: [email protected]

This article describes the use of an unmanned aerial vehicle for multispectral azrophotography of coniferous forests.

Keywords: unmanned mobile platform, quadrocopter, multispectral aerial photography.

Наиболее опасным вредителем хвойных лесов Сибири и Дальнего Востока являются насекомые сибирский шелкопряд и полиграф уссурийский [1] . Основными кормовыми породами являются сибирская пихта, кедр, ель, лиственница. Площадь поражения лесов превышает 1 млн. га. Для исследования и локализации очагов поражения лесов насекомыми-вредителями необходимо иметь возможность их раннего обнаружения с помощью недорогого надежного оборудования-беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Методом получения информации о поражении леса является вегетационный индекс NDVI, требующий проведения аэрофотосъемки в видимом и ближнем ИК областях [3]. Новизной проекта является БПЛА собственного производства, внешний вид представлен на рисунке 1. Произведено проектирование корпуса, с учетом требований к габаритам, условию сборки, минимизации веса и размещению измерительной аппаратуры. Выбрана технология обработки материалов. Сделан подбор параметров режущего инструмента по справочным материалам. Подтверждена возможность автоматизированного производства деталей корпуса. Конструкцией предусмотрено размещение на борту специального мультиспек-трального сенсора, требующего особых виброусловий. Разработана технология изготовления на современном оборудовании с ЧПУ с расчетом на мелкосерийное производство. Сделан подбор элементной базы, выбор и компоновка системы управления, измерительного тракта, вспомогательных систем. Реализована унификация их креплений. Изготовлен рабочий образец, подана заявка на патент на полезную модель. Планирование полета позволяет задать требуемый полигон

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 3

(участок) съемок, автоматически рассчитать маршрут БПЛА и точки срабатывания затвора сенсора. БПЛА позволяет проводить съемку круглогодично (до -25 град.) с возможностью оперативной настройки и ремонта в полевых условиях. Беспилотный летательный аппарат состоит из корпуса, на котором установлен блок телеметрии , GPS/ГЛОНАСС система навигации, и вибронезависимая площадка для крепления полетного контроллера, модуля мультиспектральной фотофиксации (камера Mapir Syrvey 3) [5]. Аккумуляторная батарея 4S емкостью 6,5 АЧ подвешена снизу корпуса с помощью эластичного крепежа. Электромоторы стандартного типоразмера 2212 закреплены на четырех лучах, прикрепленных к корпусу болтами и гайками М3. Управление БПЛА осуществляется с помощью полетного контроллера APM 2.8 в автоматическом или ручном режиме, получая команды от пользователя, управляющего БПЛА с помощью беспроводного пульта управления. Планирование полета производится свободным ПО «Mission planner» [2]. Модуль мультиспектральной фиксации обеспечивает съемку поверхности земли по каналам красного, зеленого, синего цвета (RGB) и ближнего инфракрасного диапазона (NIR), что позволяет при соответствующей обработке получить полезную информацию о состоянии почвы, растительности и лесного покрова [4]. Все детали корпуса выполнены из листового композитного материала- листового двунаправленного карбона (0/90) толщиной 1,5 мм. Соединение деталей корпуса, лучей, шасси выполнено исключительно болтами и гайками М3. Мультиспектральная камера установлена на дополнительной демпфирующей площадке. Используется быстросъемное крепление сенсора. Полет осуществляется в автоматическом режиме. Планирование полета осуществляется с использованием открытого ПО Mission Planner. Съемка ведется автоматически, согласно полетной траектории через определенное расстояние, которое рассчитывается исходя из фокусного расстояния объектива и разрешения сенсора . Перекрытие снимков 50-70%. Высота полета 190 м. Скорость 5 м/с. Продолжительность 40 мин. Количество снимков около 200 для каждого спектрального диапазона. Снимки разрешением 4К сохраняются на microSD карте мультиспектрального сенсора. Координаты каждого снимка определяются и привязываются к каждому изображению дополнительным GPS/ГЛОНАСС трекером, установленным на борту. Обработка полученных изображений проводится ПО MetaShape professional (Геоскан,Россия) с получением ортофотомозаики участка леса (рис. 2). Дальнейшая обработка изображений с использованием свободного ПО QGIS позволит определить угнетенные участки леса, связанные с заражением вредителями.

Рис. 1. Внешний вид БПЛА

Исследование выполнено при поддержке Красноярского краевого фонда науки в рамках реализации проекта: «БПЛА для мониторинга состояния леса».

Секция ««Молодежь, наука, творчество (направленияСПО)»

Рис. 2. Полученная нами ортофотомозаика участка леса в ближнем ИК диапазоне

Библиографические ссылки

1. Вредители леса. Уссурийский полиграф [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ ru/post/386387/ (дата обращения 1.4.2019 г.)

2. Программа планирования полета Mission Planner [Электронный ресурс]. URL: http://ardupilot-mega.ru/wiki/arducopter/install-mission-planner.html (дата обращения 1.4.2019 г.)

3. Картирование NDVI [электронный ресурс]. URL: http://altumgeo.ru/products/karta-ndvi/ (дата обращения 1.4.2019 г.)

4. Усынина А.Г., Акимов Р.Е. Титович М.В. и др. Универсальная беспилотная платформа (БПЛА) [Электронный ресурс] : сб. материалов XIV Междунар. науч.-практ. конф., (09-13 апреля 2018 г., Красноярск) : в 3 т. Т. 3. - под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГУ им. М. Ф. Решетне-ва. - Красноярск, 2018. - Режим доступа: https://apak.sibsau.ru/page/materials.

5. Мультиспектральная камера Mapir Surwey3 [Электронный ресурс]. URL: https://www. mapir.camera/collections/survey3 (дата обращения 1.4.2019 г.)

© Акимов Р. Е., Усынина А. Г., Петров Я. Ю., Садыкова П. И., Титович М. В., 2019