Информатика. Экономика. Управление - Informatics. Economics. Management

Применение БПЛА в точном земледелии: обзор результатов тестирования октокоптера Agras MG-1S

Д. И. Ковалев

https://orcid.org/0000-0001-5308-308X

К. Д. Астанакулов

https://orcid.org/0000-0002-9585-7765

Е. В. Туева

DOI: https://doi.org/10.47813/2782-5280-2024-3-3-0201-0214

Ключевые слова: БПЛА, система точного земледелия, защита растений, опрыскивание, тестирование, оптимизация.

---

Аннотация

В статье представлен анализ тестовых данных применения БПЛА Agras MG-1S для обработки сельскохозяйственных культур. Решение задач защиты растений в системе точного земледелия с помощью сельскохозяйственных БПЛА обладает рядом преимуществ, связанных с лучшей управляемостью, способностью летать на малых высотах, обрабатывать небольшие участки с затрудненным доступом (горный рельеф), меньшим энергопотреблением и высокой эффективностью. При анализе использовались тестовые данные, полученные при проведении экспериментов по распылению удобрений и пестицидов с помощью БПЛА модели Agras MG-1S производства компании DJI Technology Co., Шэньчжэнь, Китай. Отмечается, что характеристики октокоптера Agras MG-1S соответствуют современным требованиям систем точного земледелия. При сборе капель при опрыскивании поверхностей растений использовалась водочувствительная бумага, специально разработанная для оценки выполнения операций опрыскивания в полевых условиях. Выполнение анализа результатов проводилось в рамках двух аспектов: анализ влияния скорости и высоты полета БПЛА на степень покрытия; анализ влияния скорости и высоты полета на проницаемость. С учетом характеристик БПЛА и выделенных аспектов влияния скорости и высоты полета на степень покрытия и проницаемость в статье даются рекомендации по дальнейшей работе, связанной с оптимизацией транспортно-технологических циклов и параметров полета БПЛА для эффективной защиты растений с учетом различных стадий вегетативного роста.

---

Биографии авторов

Д. И. Ковалев

Ковалев Дмитрий Игоревич, аспирант, кафедра информационных технологий и математического обеспечения информационных систем, Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Российская Федерация

К. Д. Астанакулов

Астанакулов Комил Дуллиевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Национального исследовательского университета «Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства», Ташкент, Узбекистан

Е. В. Туева

Туева Евгения Вячеславовна, аспирант, кафедра информационных технологий и математического обеспечения информационных систем, Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Российская Федерация

---

Библиографические ссылки

Шевченко А.В., Мещеряков Р.В., Мигачев А.Н. Обзор состояния мирового рынка робототехники для сельского хозяйства. Ч. 2. Беспилотные летательные аппараты и роботизированные фермы. Пробл. управл., 2019; 6: 3-10. https://doi.org/10.25728/pu.2019.6.1

Хабарина Д.С., Тишанинов И.А. Анализ применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) различного типа в сельском хозяйстве. Наука без границ. 2021; 4(56): 78-83.

Abhilash P.C., Singh N. Pesticide use and application: an Indian scenario. Journal of Hazardous Materials. 2009; 165(1-3): 1-12.

Baker N., Stone W. Estimated Annual Agricultural Pesticide Use for Countries of the Conterminous United States. Reston, VA, USA. 2015.

Rasche L. Estimating pesticide inputs and yield outputs of conventional and organic agricultural systems in Europe under climate change. Agronomy. 2021; 11(7): 1300.

Хамитова Р.Я., Мирсаитова Г.Т. Современные тенденции в области применения пестицидов. Гигиена и санитария. 2014; 93(4): 23-26.

Soria U.F. Application equipment and its calibration. Mexico: Chapingo. 2015.

Курченко Н.Ю., Даус Ю.В., Труфляк Е.В., Ильченко Я.А. Параметры применения беспилотных летательных аппаратов при обработке средствами защиты растений сельскохозяйственных культур. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2023; 1(69): 527-536.

Yang S., Yang X., Mo J. The application of unmanned aircraft systems to plant protection in China. Precision Agriculture. 2018; 19(2): 278-292.

Березняк И.В., Ракитский В.Н., Михеева Е.Н., Ярыгин И.В. Риск здоровью операторов при применении пестицидов в сельском хозяйстве. Здравоохранение Российской Федерации. 2017; 61(4): 185-190.

Lan Y., Chen S., Fritz B. Current status and future trends of precision agricultural aviation technologies. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2017; 10: 1-17.

Basso M., et al. Proposal for an embedded system architecture using a GNDVI algorithm to support UAV-based agrochemical spraying. Sensors. 2019; 19(24): 5397.

Ковалев И.В., Ковалев Д.И., Астанакулов К.Д. К вопросу оценки производительности опрыскивания сельскохозяйственных культур беспилотными летательными аппаратами. Модернизация, Инновации, Прогресс (МИП-V-2023): сборник научных статей по материалам V Международной научной конференции. Красноярск. 2023: 111-117. https://doi.org/10.47813/mip.5.2023.9.111-117

Ковалев И.В., Ковалев Д.И., Подоплелова В.А., Иконникова М.Ф. Анализ средств спецификации транспортно-технологических циклов БПЛА в умном сельском хозяйстве. Системы управления и информационные технологии. 2023; 2(92): 80-85.

Ковалев И.В., Ковалев Д.И., Астанакулов К.Д., Подоплелова В.А., Иконникова М.Ф. К вопросу минимизации затрат в GERT-сетевых моделях транспортно-технологических циклов БПЛА. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2023; 11(2(41)): 30-31. DOI: https://doi.org/10.26102/2310-6018/2023.41.2.014

Kovalev I.V., Testoyedov N.A. Modern unmanned aerial technologies for the development of agribusiness and precision farming. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020; 548: 052080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/548/5/052080

Claudia V. Vera-Vaca, Cuauhtémoc Acosta-Lúa, José H. Pérez-Cruz, Claudia C. Vaca-García. Determination of Flight Parameters of a Sprayer UAV According to the Disease in Corn Crops at the Reproductive Stage. Mathematical Problems in Engineering. 2023; 2023: 9932885. https://doi.org/10.1155/2023/9932885

Astanakulov K., Kovalev D., Kovalev I., Vitliemov P., Atanasov A. Analysis of Test Data on the Use of Agras MG-1S UAV for Plant Protection in Precision Farming. Proceedings of 2024 9th International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering (EE&AE), Ruse, Bulgaria. 2024: 1-4. https://doi.org/10.1109/EEAE60309.2024.10600540

Zheng Y.J., Yang S.H., Zhao C.J., Chen L.P., Lan Y., Tan Y. Modelling operation parameters of UAV on spray effects at different growth stages of corns. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2017; 10: 57-66.

M. G.-1S. Dji Agras, MG-1S/MG-1S RTK User Manual, DJI, Shenzhen, China, 2017.

Vasconez J.P., Kantor G.A., Auat Cheein F.A. Human–robot interaction in agriculture: a survey and current challenges. Biosystems Engineering. 2019; 179: 35-48.

Ковалев Д.И., Астанакулов К. Д., Ковалев И.В. Анализ технологий применения БПЛА CE20 в составе беспилотных авиационных систем защиты растений. Современные инновации, системы и технологии - Modern Innovations, Systems and Technologies. 2024; 4(1): 0301-0311. https://doi.org/10.47813/2782-2818-2024-4-1-0301-0311.

REFERENCES

Shevchenko A.V., Meshcheryakov R.V., Migachev A.N. Obzor sostoyaniya mirovogo rynka robototekhniki dlya sel'skogo hozyajstva. CH. 2. Bespilotnye letatel'nye apparaty i robotizirovannye fermy. Probl. upravl., 2019; 6: 3-10. https://doi.org/10.25728/pu.2019.6.1 (in Russian)

Habarina D.S., Tishaninov I.A. Analiz primeneniya bespilotnyh letatel'nyh apparatov (BPLA) razlichnogo tipa v sel'skom hozyajstve. Nauka bez granic. 2021; 4(56): 78-83. (in Russian)

Abhilash P.C., Singh N. Pesticide use and application: an Indian scenario. Journal of Hazardous Materials. 2009; 165(1-3): 1-12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.10.061

Baker N., Stone W. Estimated Annual Agricultural Pesticide Use for Countries of the Conterminous United States. Reston, VA, USA. 2015. DOI: https://doi.org/10.3133/ofr20151176

Rasche L. Estimating pesticide inputs and yield outputs of conventional and organic agricultural systems in Europe under climate change. Agronomy. 2021; 11(7): 1300. DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy11071300

Hamitova R.YA., Mirsaitova G.T. Sovremennye tendencii v oblasti primeneniya pesticidov. Gigiena i sanitariya. 2014; 93(4): 23-26. (in Russian)

Soria U.F. Application equipment and its calibration. Mexico: Chapingo. 2015.

Kurchenko N.YU., Daus YU.V., Truflyak E.V., Il'chenko YA.A. Parametry primeneniya bespilotnyh letatel'nyh apparatov pri obrabotke sredstvami zashchity rastenij sel'skohozyajstvennyh kul'tur. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. 2023; 1(69): 527-536. (in Russian)

Yang S., Yang X., Mo J. The application of unmanned aircraft systems to plant protection in China. Precision Agriculture. 2018; 19(2): 278-292. DOI: https://doi.org/10.1007/s11119-017-9516-7

Bereznyak I.V., Rakitskij V.N., Miheeva E.N., YArygin I.V. Risk zdorov'yu operatorov pri primenenii pesticidov v sel'skom hozyajstve. Zdravoohranenie Rossijskoj Federacii. 2017; 61(4): 185-190. (in Russian) DOI: https://doi.org/10.18821/0044-197X-2017-61-4-185-190

Lan Y., Chen S., Fritz B. Current status and future trends of precision agricultural aviation technologies. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2017; 10: 1-17.

Basso M., et al. Proposal for an embedded system architecture using a GNDVI algorithm to support UAV-based agrochemical spraying. Sensors. 2019; 19(24): 5397. DOI: https://doi.org/10.3390/s19245397

Kovalev I.V., Kovalev D.I., Astanakulov K.D. K voprosu ocenki proizvoditel'nosti opryskivaniya sel'skohozyajstvennyh kul'tur bespilotnymi letatel'nymi apparatami. Modernizaciya, Innovacii, Progress (MIP-V-2023): sbornik nauchnyh statej po materialam V Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii. Krasnoyarsk. 2023: 111-117. https://doi.org/10.47813/mip.5.2023.9.111-117 (in Russian) DOI: https://doi.org/10.47813/mip.5.2023.9.111-117

Kovalev I.V., Kovalev D.I., Podoplelova V.A., Ikonnikova M.F. Analiz sredstv specifikacii transportno-tekhnologicheskih ciklov BPLA v umnom sel'skom hozyajstve. Sistemy upravleniya i informacionnye tekhnologii. 2023; 2(92): 80-85. (in Russian)

Kovalev I.V., Kovalev D.I., Astanakulov K.D., Podoplelova V.A., Ikonnikova M.F. K voprosu minimizacii zatrat v GERT-setevyh modelyah transportno-tekhnologicheskih ciklov BPLA. Modelirovanie, optimizaciya i informacionnye tekhnologii. 2023; 11(2(41)): 30-31. (in Russian)

Kovalev I.V., Testoyedov N.A. Modern unmanned aerial technologies for the development of agribusiness and precision farming. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020; 548: 052080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/548/5/052080 DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/548/5/052080

Claudia V. Vera-Vaca, Cuauhtémoc Acosta-Lúa, José H. Pérez-Cruz, Claudia C. Vaca-García. Determination of Flight Parameters of a Sprayer UAV According to the Disease in Corn Crops at the Reproductive Stage. Mathematical Problems in Engineering. 2023; 2023: 9932885. https://doi.org/10.1155/2023/9932885 DOI: https://doi.org/10.1155/2023/9932885

Astanakulov K., Kovalev D., Kovalev I., Vitliemov P., Atanasov A. Analysis of Test Data on the Use of Agras MG-1S UAV for Plant Protection in Precision Farming. Proceedings of 2024 9th International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering (EE&AE), Ruse, Bulgaria. 2024: 1-4. https://doi.org/10.1109/EEAE60309.2024.10600540 DOI: https://doi.org/10.1109/EEAE60309.2024.10600540

Zheng Y.J., Yang S.H., Zhao C.J., Chen L.P., Lan Y., Tan Y. Modelling operation parameters of UAV on spray effects at different growth stages of corns. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2017; 10: 57-66.

M. G.-1S. Dji Agras, MG-1S/MG-1S RTK User Manual, DJI, Shenzhen, China, 2017.

Vasconez J.P., Kantor G.A., Auat Cheein F.A. Human–robot interaction in agriculture: a survey and current challenges. Biosystems Engineering. 2019; 179: 35-48. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2018.12.005

Kovalev D.I., Astanakulov K. D., Kovalev I.V. Analiz tekhnologij primeneniya BPLA CE20 v sostave bespilotnyh aviacionnyh sistem zashchity rastenij. Sovremennye innovacii, sistemy i tekhnologii - Modern Innovations, Systems and Technologies. 2024; 4(1): 0301-0311. https://doi.org/10.47813/2782-2818-2024-4-1-0301-0311. (in Russian) DOI: https://doi.org/10.47813/2782-2818-2024-4-1-0301-0311