Квадрокоптер для опрыскивания деревьев

Обновлено: 18.09.2024

Будущее в разных уголках мира наступает с разной скоростью. Очевидно лишь то, что ни одна классическая сфера жизни человека не устоит перед цифровой технологической трансформацией. Дроны, которые долгое время оставались уделом путешественников и свадебных фотографов, могут быть эффективны на полях. Корреспонденты Onlíner съездили на экспериментальное поле и посмотрели, грозит ли трактористу конкуренция со стороны агродронов.

По мере погружения в этот мир выясняется, что создатели юмористической короткометражки Russian Cyberpunk Farm были не так уж и далеки от истины. Технологи идут на поля. В Украине, например, площади посевов, обрабатываемые агродронами, считают сотнями тысяч гектаров, в Китае — миллионами. В Беларуси это пока диковинка.

В идеале агроном или фермер ближайшего будущего будет объезжать хозяйство с дроном-разведчиком, оснащенным мультиспектральной камерой, проводить съемку полей, анализировать состояние посевов и строить план полета для огромных аграрных дронов. А они, в свою очередь по составленному плану в автоматическом режиме будут облетать поля, вносить жидкие удобрения, обрабатывать проблемные участки средствами защиты растений, орошать места, где не хватает влаги. Полностью заменить традиционную сельскохозяйственную технику они, конечно, пока не могут, но есть нюансы, которые делают использование дронов возможным и обоснованным.

Оперативный разведчик агронома

Без предварительного анализа полей использовать беспилотник для внесения средств защиты растений (СЗР) не бессмысленно, но малоэффективно. В первую очередь с помощью дрона наподобие DJI Phantom 4 RTK производится сверхточная съемка поля. RTK (Real-Time Kinematic) — это не новый термин. RTK-технология давно используется при наземной съемке для повышения точности определения местоположения. В дронах она позволяет добиться абсолютной точности до сантиметров.

RTK-дроны оснащены бортовым приемником GNSS RTK. Он собирает данные со спутников и стационарной базовой (наземной) станции, чтобы корректировать центра местоположение изображения в режиме реального времени во время полета, так как полагаться исключительно на спутниковые данные нельзя: они обеспечивают максимальную точность около метра. Для увеличения точности и используются данные с наземной станции, которые корректируют ошибки спутникового сигнала.

Что касается конкретно этого дрона, DJI Phantom 4 RTK, то он поддерживает и альтернативную систему PPK. Она позволяет записывать данные спутниковых наблюдений для постобработки напрямую в дрон.

— Мы определяем контуры поля, его реальную площадь и с помощью специальной мультиспектральной камеры проводим съемку, — рассказывает Глеб Бондарик, представитель Белорусской федерации беспилотной авиации и системного интегратора беспилотных решений Copter.by. — RGB-камера работает в видимом спектре, остальные пять — в определенных диапазонах: красного края, ближнего инфракрасного, зеленого, красного и синего каналов.

Далее c помощью специального программного обеспечения мы можем создавать карты вегетационных индексов растительности.

Таких индексов существуют многие десятки. Они базируются на спектральной отражательной способности растений, различиях в отражении разных длин волн в зависимости от видов растительности и их состояния. Наиболее часто используемым и популярным является NDVI (Normalized Difference Vegetation Index).

Окинув поле взглядом, мы видим, что все оно зеленое, но мультиспектральная камера с высоты позволяет взглянуть на поле во всей его красе или неприглядности, чтобы увидеть, где фотосинтетическая активность растений упала, что может быть признаком нехватки влаги или деятельности микроорганизмов и вредителей.

Спектральный анализ полей никто не запрещает делать из космоса, но с этим есть определенные проблемы: оперативность таких съемок и облачность. Спутник сложно заставить летать и фотографировать исключительно нужные поля в нужное время.

— В идеале у каждого профессионального агронома такой дрон должен лежать на заднем сиденье машины, чтобы специалист в любой момент мог получить конкретную информацию.

С помощью такого разведывательного дрона создается план полета для дифференцированного внесения СЗР и удобрений или обработки определенных участков на поле.

Дальше работать будет уже совсем другая махина.

Тяжелый опрыскиватель

Моделей аграрных дронов куда меньше, чем массовых потребительских. Среди производителей последних до сих пор доминирует DJI, но у профессионалов от сохи и плуга выбор шире. Конкуренцию DJI в этом сегменте составляют другие компании — например, китайская XAG или украинская Aeroservice с дронами на двигателях внутреннего сгорания.

Мы посмотрели на показательное выступление DJI Agras T16. В Беларуси он стоит чуть меньше 50 тыс. рублей. Частично дрон сделан из карбонового волокна, его масса составляет 18,5 килограмма без аккумуляторной батареи, стандартная взлетная масса достигает 41 килограмма. Дрон несет бак на 16 литров, оснащен четырьмя насосами и восемью опрыскивателями. Аппарат умеет летать как днем, так и ночью благодаря наличию радаров и прожекторов.

Благодаря созданной разведчиком NDVI-карте агроном видит, где растения чувствуют себя получше, а где похуже, и на основе этой информации принимает решение о дозе распыляемого средства, составляет полетное задание. Дрон разбивает поле на пятиметровые квадраты и распыляет средство в соответствии с заданными параметрами. Он летит над всем полем равномерно, но регулирует подачу в зависимости от участка.

Экономия достигается не только благодаря дифференцированному внесению, но и за счет отсутствия технологической колеи на поле. Колея традиционной техники нужна для ухода за посевами, минимизации гибели растений под колесами тракторов и машин, однако сама по себе она является необходимым злом.

— Если учитывать опыт наших коллег из Украины и порционные данные из Китая, потери от захода техники на поле составляют 3—7% от всех затрат на вспашку, удобрение и посев. Вся эта работа под колеей просто уничтожается.

Тем не менее беспилотные полеты над полем не заменяют классическую наземную технику и внесение с помощью малой авиации. Когда у вас огромное открытое поле без ЛЭП, лесов, проще заказать самолет. А если речь об удаленном участке на самом краю хозяйства со сложным контуром, вкраплениями кустарников, то тут дрон проявляет себя лучше.

Пестициды в сельском хозяйстве используются для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений. Но СЗР могут оказывать негативное влияние на окружающую среду. Поэтому постоянно совершенствуются технологии ультрамалообъемного опрыскивания (УМО), которые позволяют вносить минимальное количество рабочего раствора без снижения его биологической эффективности.

С применением УМО за счет диаметра форсунок и создания достаточного давления при распылении формируется капля очень малого объема.

— У наземной техники форсунки находятся достаточно низко над поверхностью растений — на расстоянии порядка 50—70 сантиметров, — объясняет Александр Гутковский, представитель проекта. — Там диаметр капли больше, около 300-350 мкм. Соответственно, используется более слабая концентрация препарата, что требует бо́льших объемов воды.

Пилотируемая авиационная техника, как правило, работает на высоте 15—20 метров над обрабатываемой поверхностью. Обработка раствором с малым диаметр капли с такой высоты не подойдет: она просто испаряется и не успевает осесть. Соответственно, капли там крупнее. Они скатываются с растения и частично уходят в землю.

Среди плюсов дронов-опрыскивателей можно отметить минимальный контакт человека с препаратом, автоматический полет и возможность облета препятствий. Благодаря микроволновому радару дрон удерживает определенную рабочую высоту над полем — 2,5—3 метра, при необходимости способен подняться до максимальных 30 метров. Такая высота может пригодиться для обработки плодовых деревьев, так и лесных массивов от вредителей.

— Для технологии опрыскивания есть ограничение по скорости ветра. Для внесения средств защиты растений оптимальными периодами являются поздний вечер и раннее утро, когда снижается скорость ветра, повышается влажность, падает температура. Капли распыляются точнее, не испаряются. Еще из плюсов — ночное опыление. Дрону освещение не важно, а в такое время отсутствуют насекомые, например пчелы, для которых СЗР могут нести угрозу.

Звучит это все прекрасно. Но каждому ли хозяйству такой дрон жизненно необходим?

— Мы пытались для сравнения узнать стоимость обработки традиционными методами. Сколько стоит обработать гектар наземной техникой? До сих пор мы не нашли четкого ответа, хотя это должно быть основой здоровой экономики.

Говорят, мол, тракторист за такую-то сумму гектар обработает. Но почему-то все забывают об амортизации техники, топливе, зарплате рабочего, объемах воды. При классическом способе на гектар расходуют 200 литров воды. На 10 гектаров — 2 тонны, бочка. Из лужи, канавы воду не наберешь. Бочка, трактор, тракторист, вода — себестоимость далеко не 10 рублей, но никто не занимается конкретными подсчетами.

По нашим подсчетам, стоимость обработки гектара составляет $25—30. Конечного пользователя такая цена может настораживать. Но мы не пытаемся заменить традиционную технологию. Где-то выгоднее пользоваться наземной техникой, ручной обработкой… Безусловно, надо работать так, как выгоднее. Мы работаем на сложных площадях: поля с большими перепадами высот и сложной конфигурацией, с естественными и искусственными препятствиями, линиями электропередач, близостью леса. Идеальным решением агро-дроны являются на полях с переувлажненной почвой и высокой растительностью.

За один час такой дрон способен обработать участок более 10 гектаров. Естественно, как и любая техника, со временем он изнашивается. Однако мультикоптеры хороши тем, что в них мало элементов, которые подвержены сильному износу. Основные слабые места — подшипники. Двигатель бесколлекторный, если не обращаться с ним грубо, то сломать тяжело.

— Сельскохозяйственная техника весьма дорогая. Если говорить про Agras, то один оператор может работать с пятью дронами одновременно в режиме роя. Аналогичная машина для внесения СЗР, которая передвигается по полю, может стоить до полумиллиона евро. Вопрос стоит скорее не в стоимости, а в обучении, подготовке операторов, которые смогут эффективно использовать дроны, — замечает Глеб Бондарик.

В Молдове и Украине стартовали

Одним из флагманов в плане использования беспилотной авиации в сельском хозяйстве является наша южная соседка. В Украине по состоянию на июнь 2021 года общая площадь полей, обрабатываемых дронами крупнейшего сервиса, превысила 1 млн гектаров. Отмечается, что рынок беспилотной техники в сельском хозяйстве там растет на 400—500% ежегодно. Наиболее продвинутые модели дронов позволяют обрабатывать до 18 гектаров в час, а каждый дрон рассчитан на обработку 5 тыс. гектаров за сезон.

Применяются в Украине и коптеры-тяжеловесы с двигателями внутреннего сгорания и максимальным взлетным весом 160 килограммов. Компании, которые предоставляют услуги по обработке полей, берут эквивалент 37 белорусских рублей за гектар при обработке до 100 гектаров. В эту сумму обычно не включена логистика — 37 копеек за километр, чтобы добраться до поля заказчика.

Прошлой осенью агродроны появились в Молдавии. Местное частное хозяйство закупило шесть агродронов по $10 тыс. каждый. Из плюсов отмечали значительно меньший объем используемой воды — 5—7 литров рабочего раствора вместо 100—300 литров воды на 1 гектар при традиционном опрыскивании. Посчитали себестоимость: на 1000 гектаров она обошлась в 170 леев за гектар (около $10).

Один из фермеров утверждал, что разница в цене между опрыскиванием трактором и дроном достигла 50% в пользу последнего.

Во многом серьезное развитие данного класса сельскохозяйственной техники зависит от четкого понимания экономики собственного хозяйства, себестоимости продукции, стоимости топлива, электричества, человеческого труда, условий и правил использования беспилотной авиации. Определенно понятно, что полностью заменить традиционную сельхозтехнику дроны не могут. Возможно, только пока что. Но в качестве экспериментальных трудяг на полях они выглядят интересно.

квадрокоптер, двигатель бесколлекторный, частота: 2.4 ГГц/5.8 ГГц, камера 12 Мп (макс. 60 fps), время полета: 31 мин, дальность: 6000 м

А эту статью я решил написать после того, как увидел ценник на новый DJI Argas, и этот ценник был 15000 $. Вы издеваетесь?! $15000 за коптер, красная цена которому 4 тысячи, ну максимум 5 со всей его суперэлектроникой.

Рама tarot FY680*
Двигатели t-motor 2814-10*
Регуляторы turnigy plush 30a
Контроллер naza V1 + gps* (ссылка на версию лайт)
Аккумуляторы zippy compact 4s 25c 5000mah

Сам трубопровод представляет собой обыкновенный шланг омывателя стекол автомобиля, который продается в любом автомагазине (100–200 рублей).

Что же представляет собой емкость опрыскивателя? Да ничего особенного. :)
Обыкновенный бачок омывателя от ВАЗ 2109 с двумя родными насосами (можно поставить и один, вполне достаточно). Стоит он по-моему вместе с насосами около 200–300р.

Turnigy switch — обыкновенный выключатель, подсоединяемый к RC-приемнику. То есть за счет него мы дистанционно включаем и выключаем насосы. Ну и аккумулятор на 12В крепится прямо на бачке для питания этих насосов.

Теперь еще немножко теории. Распыление из форсунки происходит в виде конуса. И если у нас 2 форсунки, то получаем 2 конуса. И при определенной высоте коптера эти конусы начинают пересекаться.

Что касается скорости обработки, то тут думаю все ясно:
Проведя опыт на поле ржи 60х20 метров с высотой растений 2 метра коптер справился за 7 минут (включая дозаправку), а человек с ручным опрыскивателем так и заблудился там.

А на счет безопасности, то тут мы находимся рядом с ядохимикатами только в момент заправки (но жидкость не мелкодисперсная, поэтому менее опасная для организма). В момент распыления коптер находится на удалении от пилота. А вот при опрыскивании ручными опрыскивателями человек находится в непосредственной близости. Вот вам и вывод всей этой затеи!
Ах да, остался же еще один вывод:

Во-первых хочу задать вопрос. Достигнута ли цель, которую мы преследовали, создавая такой агрегат? Опыты показали что да. Затраты на этот аппарат вместе с коптером, с пультом управления, с опрыскивателем, и даже с мешком ядохимикатов получились не более 1–1.5 тысячи долларов. А если учесть мой нынешний сетап (обновленный коптер, который на 35-ых двигателях может тягать 8–9 литров) не более 2-х тысяч долларов.

А теперь и второй вопрос. Компания DJI? Вы что там с ума посходили? Какие 15 тысяч долларов? А?

Сельскохозяйственные квадрокоптеры отличаются повышенной прочностью и мощностью, могут длительное время летать на одном заряде батареи и совместимы со специализированным оборудованием. Например, на эти квадрокоптеры вы можете установить разбрызгиватели пестицидов и подключить бак с жидкостью, что позволяет отказаться от использования сельскохозяйственной техники при обработке небольших площадей.

Квадрокоптеры для сельского хозяйства имеют мощные электродвигатели и способны поднимать до 10 кг полезного веса. Используются для дистанционного обследования полей, внесения удобрений и пестицидов, опрыскивания растений от вредителей.

В отличие от промышленных квадрокоптеров, в сельскохозяйственных установлено программное обеспечение, которое автоматически рассчитывает скорость и дальность полета, интенсивность распыления удобрений и многие другие параметры. Благодаря использованию квадрокоптеров в сельском хозяйстве, существенно сокращается время на выполнение рутинных операций и уменьшается расход дорогостоящих удобрений.

При выборе подходящего квадрокоптера рекомендуется обратить внимание на такие факторы:

Грузоподъемность и вместимость емкости для активных веществ. Стандартный сельскохозяйственный беспилотный летательный аппарат может взять на борт до 10 литров жидкости весом до 10 кг. Это дает возможность сократить полеты для дозаправки и быстрее выполнить необходимые операции.
Защищенность. Для использования в поле необходимы квадрокоптеры, которые надежно защищены от попадания пыли и влаги внутрь корпуса, так как это может вывести из строя внутреннюю электронику.
Емкость и технологии батарей питания. Сельскохозяйственные квадрокоптеры предназначены для длительных полетов в течение дня. Поэтому необходимо выбирать устройства, имеющие максимально большую емкость и большое количество циклов зарядки. Это позволит сократить эксплуатационные расходы в будущем. Также, при наличии дополнительных аккумуляторов для квадрокоптеров, вы можете существенно увеличить время автономной работы.
Возможность работы при низкой температуре. Чтобы у владельцев агропредприятий была возможность обработки полей в весенне-осенний период, необходимо покупать летательные аппараты, способные работать при низких температурах воздуха – от 0°С и выше.

Купить сельскохозяйственные квадрокоптеры, а также получить консультацию специалистов вы можете в нашем магазине, по телефону или непосредственно на сайте с помощью формы обратной связи или онлайн-консультанта.

XAG XPlanet свельскохозяйственный дрон - это высокопроизводительная беспилотная воздушная система, созданная для оптимального решения для интеллектуального сельского хозяйства. Неустанно совершенствуясь, с учетом каждой детали, которая создает идеальный тип промышленного дизайна, он создает новые измерения эффективности, точности и безопасности эксплуатации. Используя повышенную мощность для поддержки более высокой полезной нагрузки, XAG XPlanet дополнительно оптимизирует экономическую эффективность опрыскивания сельскохозяйственных культур и гранулированного разбрасывания. Точно и безопасно доставляет больше за меньшее время.

Скоростное роторное распыление гранул воздушным потоком, лучший за всю историю.

Двойное позиционирование RTK и оптическмй потока созданный для высокой точности.

Автоматическое избегание препятствий теперь в четырех измерениях.

Две умных батареи и суперзарядка "Нон-стоп" перезарядка на станции.

Многомодульный, водонепроницаемый и пыленепроницаемый, просто промойте для очистки.

Настраиваемая скорость движения. Урожай с меньшими услилиями.

Постоянно развивающаяся технология, основанная на многолетнем опыте в различных областях. Новый XAG XPlanet создан для максимального баланса между точностью, эффективностью, стоимостью и безопасностью.

Читайте также: