Dron pokaże prawdę o naszym polu

Jedną z najczęściej wykorzystywanych funkcji nowoczesnych dronów na potrzeby rolnicze jest ocena stanu upraw z wykorzystaniem zdjęć w wysokiej rozdzielczości.

Takie fotografie pozwalają nie tylko na ocenę rzeczywistego stanu upraw w okresie wegetacji na dużych obszarach, ale również profesjonalną ocenę zasięgu ewentualnych szkód, spowodowanych na przykład przez dzikie zwierzęta. Jeszcze kilka lat temu zadysponowanie dronów do tego rodzaju celów było trudne, ale na szczęście czasy się zmieniają i obecnie wszystko stało się znacznie prostsze (błyskawiczny rozwój technologii i większa dostępność tańszych dronów zrobiły swoje).

Jaki dron wybrać?

Kluczowym pytaniem związanym z dronami jest to, jaki model urządzenia wybrać? Jednym z głównych kryteriów powinno być to, czy dron ma być wielowirnikowcem czy płatowcem. Wielowirnikowce przypominają funkcjonalnością helikoptery, czyli pozwalają na pionowy start oraz są w stanie utrzymać się w jednym punkcie dłuższa chwilę. Są najczęściej wykorzystywanymi dronami ze względu na łatwość startu i lądowania oraz stosunkowo łatwą obsługę wykonywanych lotów.

Występujące modele mają 4 lub 8 śmigieł napędzanych silnikami elektrycznymi. Główną wadą jest to, że nie możemy ich wykorzystać do wykonania zdjęć dla bardzo dużych obszarów. Jednak to ograniczenie nie jest zbyt uciążliwe, gdyż nawet z użyciem wielowirnikowca możemy wykonać zdjęcia obszarów wielkości kilkuset hektarów, co powinno być wystarczające nawet dla wielkotowarowych gospodarstw rolnych.

W przypadku wielowirnikowców światowym liderem jest chińska firma DJI, która oferuje różnego typu drony, które możemy wykorzystać między innymi do monitorowania upraw w rolnictwie. Innymi firmami mającymi w ofercie drony, które można wykorzystywać do monitorowana upraw są między innymi Parrot i Yuneec.

W przypadku gdy chcemy wykonywać loty na dużych obszarach, lepszym wyborem może okazać się płatowiec, którego główną zaletą jest większa prędkość poruszania się oraz możliwość wykonywania znacznie dłuższych lotów. Główną wadą jest natomiast trudniejszy start i lądowanie, do czego konieczne jest więcej miejsca (chodzi o osiągnięcie docelowej wysokości).

Płatowiec wymaga większego obszaru bez przeszkód (np. wysokich drzew czy słupów). Oferta płatowców jest znacznie bardziej skromna, między innymi ze względu na mniejszą ich popularność, ale również wyższą cenę. W ofercie tego typu drony ma między innymi firma Trimble. Poza tym nowoczesne drony są oferowane również przez polskie firmy zajmujące się ich konstruowaniem i produkcją.

Dobre zaplanowanie lotu

W związku z tym, że najczęstszym celem wykonywania zdjęć z dronów na potrzeby rolnicze jest uzyskanie map pól złożonych z wielu pojedynczych fotografii w jedną całość, wymaga to odpowiedniego wykonania lotu oraz wykonania zdjęć tak, żeby pokrywały obszar całych pól. Ważne jest ponadto, aby zdjęcia w dużym stopniu nakładały się. Zaleca się, żeby nakładka kolejnych zdjęć wynosiła aż około 70-80 proc., czyli zdjęcia w dużym stopniu obejmowały ten sam obszar.

Pozwala to na łatwiejsze ich połączenie w całość oraz uniknięcie zniekształceń związanych z ograniczeniami optyki obiektywów kamer/aparatów. Innym ważnym parametrem przy planowaniu lotu jest określenie wysokości. Najczęściej wykonujemy loty na potrzeby monitorowania upraw na wysokości od ok. 50 do ponad 100 metrów. Taka wysokość pozwala na uzyskanie dość szczegółowego obrazu uprawy a jednocześnie możemy zmapować dość duży obszar w ciągu pojedynczego lotu. Właściwe wykonanie lotu, czyli zachowanie stałej wysokości oraz wykonanie zdjęć w odpowiednich odstępach wymaga zautomatyzowania tego procesu, co jest możliwe przy wykorzystaniu odpowiednich programów.

Programy takie mogą działać na smartfonach, tabletach lub laptopach. Przykładami takich aplikacji dla systemu Android, czyli działających na przykład na smartfonach są Pix4Dcapture oraz DroneDeploy. Pozwalają one na bardzo łatwe zaplanowanie lotu na potrzeby rolnicze wraz z jego automatycznym wykonaniem. Przy planowaniu lotu należy pamiętać, żeby obszar wykonywania zdjęć był trochę większy od obszaru pola uprawnego (o co najmniej kilkanaście metrów wokół pola).

Pozwoli to na uzyskanie mapy bez zniekształceń na obrzeżach mapowanego obszaru. Przy wykonaniu lotu należy wziąć pod uwagę warunki atmosferyczne. Najlepiej, aby lot był wykonany w warunkach bezchmurnych w czasie, gdy kąt padania promieni słonecznych jest jak najbardziej zbliżony do prostopadłego, czyli w godzinach południowych. Jeśli występuje zachmurzenie, to najlepiej, żeby było ono jednolite.

Niekorzystne są warunki zmiennego zachmurzenia, gdyż może to powodować uzyskanie zdjęć niejednolitych, z obszarami częściowo nasłonecznionymi, a częściowo zachmurzonymi. Jednym z problemów związanych z warunkami atmosferycznymi, poza opadami deszczu, jest zbyt silny wiatr. Zwykle nie zaleca się wykonywania lotów, gdy prędkość wiatru przekracza około 40-50 km/h. Należy pamiętać o tym, że prędkość wiatru na wysokości, na której jest wykonywany lot jest zwykle większa niż prędkość wiatru przy powierzchni ziemi.

Przygotowanie ortofotomapy

Kolejnym etapem po wykonaniu lotu jest połączenie pojedynczych zdjęć z drona w całość. Wymaga to przeniesienia zdjęć z karty pamięci (zazwyczaj zdjęcia z drona są zapisywane na kartach pamięci SD lub micro SD) na komputer oraz wykorzystania specjalistycznego oprogramowania do łączenia zdjęć i generowania ortofotomapy. Ortofotomapa jest obrazem przedstawiającym mapowany obszar w określonym układzie współrzędnych geograficznych. Każde zdjęcie z drona ma zapisane informacje o współrzędnych geograficznych, tak więc pozwala na ich zlokalizowanie geograficzne. W zależności od dokładności odbiornika GPS w jaki jest wyposażony dron może być to zlokalizowanie mniej lub bardziej dokładne.

O ile oprogramowanie do planowania lotu jest często bezpłatne, to większość programów do generowania ortofotomap jest płatna. Są jednak również tańsze lub bezpłatne alternatywne programy, które możemy z powodzeniem wykorzystać, jeśli zaakceptujemy ich pewne ograniczenia. Przykładem programu do tworzenia ortofotomap jest Pix4Dfields (wymaga dość wysokiej opłaty), który jest dedykowany na potrzeby rolnicze, gdyż pozwala poza samym utworzeniem ortofotomapy na jej wstępna analizę, co jest przydatne do oceny stanu upraw.

Innym programem, ale działającym w formie systemu online jest serwis MapsMadeEasy (www.mapsmadeeasy.com), który pozwala na wygenerowanie ortofotomapy poprzez przeglądarkę internetową. Dla małych obszarów jest to bezpłatne, natomiast dla większych opłata zależy od ilości przetwarzanych zdjęć. Innym programem do tworzenia ortofotompa ze zdjęć z dronów jest OpenDroneMap (program bezpłatny). Poza wymienionymi programami są jeszcze inne, różniące się funkcjonalnością.

Cały tekst można przeczytać w sierpniowym wydaniu nr 8-2021 miesięcznika „Przedsiębiorca Rolny”

Tekst i fot. dr hab. Dariusz Gozdowski
SGGW w Warszawie