Визуализация и анализ данных аэрофотосъемки

Технология Геоскан включает в себя:

1. Автоматическую аэрофотосъёмку с БПЛА (снимки обладают высоким разрешением и координатами фотографирования);

2. Автоматическую обработку данных (ортофотоплан, матрица высот, карта вегетационного индекса – NDVI);

3. Визуализацию, анализ и экспорт (карты уклонов, маршруты пробоотбора, файлы карт-предписаний).

Задачи, решаемые БПЛА Геоскан в сельском хозяйстве

БПЛА Геоскан решает следующие задачи в сельском хозяйстве:

• обследование и инвентаризация земель;

• сопровождение мелиоративного строительства;

• оперативное создание карт вегетационных индексов (NDVI) и сопровождение систем точного земледелия;

• контроль за проведением агротехнических мероприятий и соблюдением законодательства в области землепользования;

• агрострахование.

Геоскан 201 Агро

Геоскан 201 Агро является специальной версией БПЛА для сельского хозяйства. Геоскан 201 Агро оборудован двумя камерами: камерой RGB и модифицированной ИК камерой. Данные с первой используются для создания ортофотоплана, карты высот, 3D модели, со второй – для карт NDVI.

Полезная нагрузка БПЛА

Полезной нагрузкой БПЛА могут служить: Камера Sony α5000/α5100, Камера Sony DSC-RX1, Гиростабилизированная платформа с тепловизором, Гиростабилизированная платформа с Full HD видеокамерой, ИК-камера для мультиспектральной съёмки (далее ИК-камера), Тепловизор, Широкополосный канал передачи данных, GNSS-приёмник геодезического класса Javad/Topcon B110 OEM.

ИК-камера

Спектральный диапазон матрицы: 400-1000 нм

Подключение и управление идентичны Sony α5000

Число пикселей матрицы: 20.4 Мпикс

Максимальное разрешение снимков: 5456 x 3632Пикс

Физический размер матрицы: APS-C (23.4 х 15.6 мм)

Байонет: Sony E (доступны сменные объективы)

Фотокамера Sony α5000, модифицированная для съемки одновременно в видимом и в ближнем ИК диапазоне электромагнитного излучения. Позволяет получить данные для расчета вегетационного индекса NDVI за один полет. Может использоваться для съемки в видимом диапазоне.

Светофильтры

Инфракрасный (IR, ИКС) светофильтр используется для монохроматической съемки в ИК диапазоне. Красный светофильтр (Red, КС) используется для определения вегетационных индексов. Оранжевый светофильтр (ОС) используется для задач таксации леса. Желтый светофильтр (ЖС) используется для цветной спектрозональной съемки (CIR). Полосовой светофильтр – для специальных применений, характеристики пропускания выбираются в зависимости от задачи.

В стандартную комплектацию Геоскан 201 Агро входит красный светофильтр, позволяющий зарегистрировать на одном снимке характеристики отражения в красном и ИК участках спектра. Эти данные позволяют рассчитывать вегетационные индексы, такие как NDVI, PVI и др.

Принцип технологии

Строение растительной ткани и входящие в ее состав пигменты (в первую очередь, хлорофилл) обуславливают характерные спектры отражения растительности. Здоровая растительность содержит большое количество хлорофилла и интенсивно поглощает свет в красном диапазоне. Отражение в ближнем ИК в гораздо меньшей степени связано с содержанием пигментов, поэтому большое распространение получили величины, связывающие характеристики отражения растительности в красном и ближнем ИК участках спектра, например, индекс NDVI.

Обработка, визуализация и анализ данных аэрофотосъемки

Обработка данных осуществляется с помощью уникальной российской программы для автоматической обработки материалов аэрофотосъемки - Agisoft Photoscan. Выходные данные представляют собой ортофотоплан, матрица высот, карта NDVI, 3D модель.

Спутник Агро - это современная трехмерная геоинформационная система для визуализации и анализа данных аэрофотосъемки. Спутник Агро позволяет: визуализировать полученные с БПЛА карты NDVI, анализировать области, выделяя их вручную или по контурам из файлов KML, экспортировать данные NDVI в форматы Shapefile и CSV.

Объем корнеплодов в открытых хранилищах (кагатах) быстро и с высокой степенью автоматизации рассчитывается по трехмерным моделям, построенным на основе данных аэрофотосъемки. Одновременное обследование с помощью тепловизора позволит отследить температурный режим и принять решение об использовании того или иного кагата в первую очередь. При повторной съемке измеряется не только текущий объем корнеплодов, но и изменение запасов за исследуемый период.

Дополнительно к трехмерной визуализации рельефа, Спутник Агро позволяет: преобразовать карту высот в карту уклонов, построить горизонтали с заданным шагом, рассчитать бессточные области и направления поверхностного стока. Полученные данные являются незаменимыми для предупреждения образования вымочек, для выбора безопасного направления обработки почвы, для планирования почвозащитных мероприятий.

Обследование и инвентаризация земель с помощью БПЛА

Данные аэрофотосъемки могут быть использованы для оперативной независимой оценки состояния земель. Визуальный контроль состояния пашни по ортофотоплану – простая процедура, позволяющая не выходя из офиса обнаружить факты, накладывающие ограничения на возможное использование земель или снижающие их рыночную стоимость.

Факты, выявляемые по результатам АФС:

• несовпадения заявленных и фактических границ поля;

• участки пашни, не обрабатываемые из-за эрозии;

• посадки пропашных культур на участках с крутизной более 5°;

• участки пашни с угнетенной растительностью;

• признаки разрастания овражно-балочной сети.

По результатам аэрофотосъемки могут быть созданы ортофотоплан, карта высот, ЦММ (цифровая модель местности). Геодезическая точность составляет до 10 см в плане, 15 см по высоте.

ЦММ (Цифровая модель местности) совместно с картой высот может быть использована для: вертикального планирования, моделирования подтоплений, планировки рисовых чеков, построения гидрологических карт.

Получение карты NDVI

Трактор, с установленными на нем наземными сенсорами NDVI, обладает меньшей по сравнению с БПЛА производительностью, и обходится дороже в обслуживании. Кроме того, стоимость одного комплекта сенсоров сопоставима со стоимостью одного БПЛА, способного заменить до 10 комплектов сенсоров. Пространственное разрешение спутниковых данных не удовлетворяет современным запросам в области точного земледелия, особенно на полях малой площади и рисовых чеках. Кроме того, в день съемки возможна облачность, что сделает результаты космосъемки непригодными для использования.

Для сопровождения систем точного земледелия, актуальные данные индекса NDVI являются основной рабочей информацией о состоянии посевов. Общедоступные спутниковые снимки имеют разрешение 15-30 метров на пиксель и позволяют достоверно определить лишь общее состояние пополю. Периодичность спутниковых наблюдений не полностью удовлетворяет пользователей в различных регионах, т.к. многие участки оказываются покрыты облаками в день съемки. Кроме того, время размещения материала на серверах может составлять 1-2 недели. БПЛА Геоскан, оснащенный камерой для спектральной съемки, способен обеспечить снимки с разрешением 5 сантиметров на пиксель. Постобработка материалов может быть выполнена как централизованно (в ЦОД), так и на местах (в агрохимлабораториях и даже на рабочем месте агронома). Площадь посевов для обслуживания одним БПЛА Геоскан — от 30000 га (если БПЛА это основной источник данных) до 100000 га (если БПЛА дополняет спутниковые данные). При этом, облачность не препятствует проведению съемки с БПЛА.

С помощью комплексов Геоскан возможны как наблюдение в режиме реального времени (видео и фото), так и получение данных для последующей обработки. Получаемые данные используются для контроля за процессом уборки, измерения площади покосов, культивированных земель и т.п.

Агрострахование

Сравнение данных аэрофотосъемки озимых культур осенью и весной после зимовки – эффективный способ оценки их состояния. Комплекс Геоскан 201 Агро, оснащенный RGB-камерой и ИК-камерой, позволяет производить общую оценку по картам NDVI и уточнять состояние посевов по ортофотопланам и снимкам высокого разрешения.

Функции Спутник Агро позволяют осуществлять анализ аэрофотосъёмки, видеомониторинга и мультиспектрального мониторинга.