DJI P4 Multispectral: для точного земледелия

DJI P4 Multispectral: для точного земледелия

Введение

В рамках ежегодного мероприятия DJI Airworks 2019 разработчик представил специализированный дрон построенный на платформе Phantom 4 RTK, для реализации точного земледелия и управления земельными ресурсами. Phantom 4 Multispectral это высокоточная модель беспилотника оснащённая мультиспектральной системой обработки изображений, позволяющей фермерам и агрономам оперативно получать максимально точные данные о состоянии эксплуатируемых угодий и выращиваемых сельскохозяйственных культур, что выводит отрасль на новый интеллектуальный уровень взаимодействия с окружающей средой.

Помимо дрона P4 Multispectral, полезных нагрузок «U10 UAV Based Laser Methane Leakage Detector» и «Wingsland Z15» на мероприятии были представлены такие решения как:

  1. DJI Agras T16 — передовой дрон-распылитель для сельского хозяйства, который позволяет точно наносить на полевые культуры и сады такие жидкости как удобрения и пестициды.
  2. DJI Disaster Relief Program — новая инициатива, программа помощи пострадавшим от стихийных бедствий, направленная на оперативное оснащение тех, кто реагирует на ЧС используя технологии DJ.

Особенности

  • RTK-модуль
  • Сантиметровая точность позиционирования
  • Мультиспектральная система обработки изображений
  • Корректирующая система TimeSync
  • Спектральный датчик слежения за солнцем
  • NDVI трансляция в режиме реального времени
  • 6-сторонняя система определения препятствий
  • Автоматические режимы пролёта
  • Планирующее полёт приложение GS PRO
  • Система видеопередачи OcuSync 2.0
  • Полная совместимость с мобильной станцией D-RTK 2
  • Поддержка постобработки данных методом PPK
  • Макс. расстояние удаления 7 км
  • Макс. время полёта 27 минут

Спецификация

Дрон

Взлётный вес:
1487гр

Диагональное расстояние:
350 мм

Макс. практический потолок на уровнем моря:
6000м

Макс. скорость набора высоты:
21.6 км/ч (автоматический полёт)

18 км/ч (Ручное управление)


Макс. скорость снижения:
10.8 км/ч

Макс. скорость горизонтального полёта:
50 км/ч (P-mode)
58 км/ч (A-mode)

Макс. время полёта:
около 27 мин

Диапазон раб. температур:
0°С-40℃

Диапазон раб. частот:
2.400ГГц – 2.4835ГГц (Европа, Япония, Корея)
5.725ГГц – 5.850ГГц (Другие страны/регионы где нет ограничений)

Мощность передатчика (ЭИИМ):
<20дБм(CE/MIC/KCC)

Диапазон точности зависания:
RTK включен и работает правильно:
Вертикальный: ± 0.1м; Горизонтальный: ± 0.1м
RTK отключен:
Вертикальный: ± 0.1м (с визуальным позиционированием);
± 0.5м (с позиционированием GNSS)
Горизонтальный: ± 0.3м (с визуальным позиционированием);
± 1.5м (с позиционированием GNSS)

Корректировка положения изображения:
Положение центров 6 камер относительно фазового центра бортовой D-RTK антенны были откалиброваны и записаны в EXIF данных каждого изображения.

Функции картографирования

Размер пикселя по земной поверхности (GSD):
(H/18.9) см/пиксель, где H – высота дрона по отношению к картографируемому участку (единица измерения: м)

Эффективность сбора данных:
Макс. рабочая область за один вылет (на высоте 180м) 0.47км², то есть GSD составляет около 9.52 см/пиксель.

GNSS

Одночастотный высокочувствительный модуль GNSS:
GPS + BeiDou + Galileo* (Asia)
GPS + GLONASS + Galileo* (другие регионы)
Используемая частота:
GPS: L1/L2
GNSS: L1/L2
BeiDou: B1/B2
Galileo*: E1/E5
Начально-фиксируемое время: < 50с
Точность позиционирования: Вертикальная (среднеквадратичное значение): 1.5см + 1мд
Горизонтальная (среднеквадратичное значение): 1см + 1мд
1мд подразумевает, что погрешность увеличивается на 1мм за каждый 1км движения. Точность скорости: 0.3м/с

Визуальное позиционирование

Диапазон скоростей:
≤ 50км/ч в 2 метрах над землей при хорошем освещении

Диапазон высот:
0 – 10 метров

Рабочий диапазон:
0 – 10 метров

Дальность обнаружения:
от 0.7 до 30 метров

FOV:
Передние и задние сенсоры: 60°(горизонтально), ±27°(вертикально); нижние: 70°(вперед и назад), 50°(влево и вправо)

Определение частоты:
10Гц

Частота измерения:
Вперед/назад: 10Гц; Вниз: 20Гц

Условия для нормальной работы:
освещение больше 15 lux, ландшафт с четкой структурой

Инфракрасная система

Дальность обнаружения:
0.2 – 7 метров

FOV:
70°(горизонтально), ±10°(вертикально)

Определение частоты:
10Гц

Условия для нормальной работы:
Поверхность с диффузным отражающим материалом и отражательной способностью: > 8% (например, стены, деревья, люди и т.д.)

Камера

Матрицы:
6 × 1.29-дюймовых CMOS; включая одну матрицу видимого RGB излучения и пять монохромных для формирования мультиспектральных изображений. Число эффективных пикселей каждой матрицы: 2.08 млн (общее число пикселей: 2.12млн)

Фильтры:
Синий (Blue, B): 450нм±16нм
Зелёный (Green, G): 560нм±16нм
Красный (Red, R): 650нм±16нм
Красный край (Red Edge, RE): 730нм±16нм
Ближний инфракрасный (Near-Infrared, NIR): 840нм±26нм

Оптика:
Угол зрения (FOV) — 62.7°
Фокусное расстояние: 5.74мм (40мм эквивалентный формата 35мм), f/2.2, автофокус – на ∞

Диапазон ISO RGB матрицы:
200 – 800

Коэффициент усиления монохромной матрицы:
1-8x

Скорость эл. глобального затвора:
1/100–1/20000с (стандартная камера); 1/100–1/10000с (мультиспектральные камеры)

Макс. размер изображения:
1600×1300 (4:3,25)

Фото форматы:
JPEG (стандартные изображения) + TIFF (мультиспектральная обработка изображений)

Поддерживаемые файловые системы:
FAT32(≤ 32Гб);
exFAT(> 32Гб)

Поддерживаемые SD карты:
MicroSD, максимальная ёмкость: 128Гб. Класс 10 или UHS-1. Требуемая скорость записи ≥ 15 МБ/с

Рабочий диапазон температур:
0°С- 40℃

Подвес

Стабилизация:
3-осевая

Диапазон работы:
угол наклона: — 90° до +30°

Аккумулятор

Тип:
литий-полимерный (LiPo)

Ёмкость:
5870мАч

Напряжение:
15.2В

Кол. банок:
4S

Масса:
468 грамм

Рабочий диапазон температур:[/one_half]
-10°С до +40°C

Максимальный ток заряда:
160Вт

Интеллектуальная зарядная станция

Входное напряжение:
17.5В

Диапазон раб. температур:
от +5°до +40℃

Пульт управления

Рабочая частота:
2.400ГГц – 2.4835ГГц (Европа, Япония, Корея)
5.725ГГц – 5.850ГГц (США, Китай и др страны и регионы)

Мощность передатчика (ЭИИМ):
2.4ГГц
CE/MIC/KCC: < 20дБм
5.8ГГц
SRRC/CE/MIC/KCC: < 26дБм

Макс. расстояние передачи:
FCC: 7км
SRRC/CE/MIC/KCC: 5км (в свободной от помех зоне)

Потребляемая мощность:
16Вт (типовое значение)

Питание:
2S 7.6В 6000мАч LiPo

Раб. ток/напряжение:
1.2А при 7.4В

Держатель мобильных устройств:
Планшеты/Смартфоны

Диапазон рабочих температур:
0°С-40℃

Внешний вид

Мультиспектральная система обработки изображений

Сбор сельскохозяйственных изображений реализован благодаря встроенной стабилизированной системе, которая собирает исчерпывающий набор данных прямо из коробки. Поступление информации реализовано посредством 1 × RGB-камеры и многоспектрального 5-камерного массива, охватывающего синий (Blue), зеленый (Green), красный (Red), красный край (Red Edge) и ближний инфракрасный диапазоны (NIR) — все работают на 2Мп CMOS матрицах с глобальным затвором, вся камерная система стабилизируется 3-осевым механическим подвесом.

Спектральный датчик слежения за солнцем

Встроенный спектральный датчик солнечного света в верхней части дрона улавливает солнечное излучение, что обеспечивает максимальную точность и согласованность сбора данных в разное время суток. В сочетании с постобработанными данными эта информация помогает получить наиболее точные NDVI результаты.

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) — нормализованный относительный индекс растительности — простой показатель количества фотосинтетически активной биомассы (обычно называемый вегетационным индексом).

RGB и NDVI трансляция

Система позволяет оператору переключаться между предварительным нормализованным относительным индексом растительности (NDVI) и RGB моделью (видимое излучение) для выявления проблемных мест на которые необходимо обратить внимание, чтобы оперативно принимать целевые решения направленные на лечение.

Сантиметровая точность

Система сбора точных DJI TimeSync позволяет оператору в режиме реального времени получать данные о местоположении каждого изображения, сделанного всеми шестью камерами, обеспечивая тем самым точность измерений на сантиметровом уровне. Система постоянно выравнивает контроллер полёта, RGB и NB камеры, а также RTK модуль, фиксируя данные позиционирования в CMOS центре, и гарантирует, что каждая фотография использует самые точные метаданные. Все камеры проходят строгий процесс калибровки, где измеряются радиальные и тангенциальные искажения линз. Собранные параметры искажения сохраняются в метаданных каждого изображения, позволяя программному обеспечению постобработки настраиваться индивидуально для каждого пользователя.

Совместимость с D-RTK 2 и NTRIP

Повысить точность определения RTK позиционирования без подключения к Интернету можно, подключив P4 Multispectral к высокоточной мобильной станции GNSS D-RTK 2 и NTRIP (сетевая передача RTCM поправок через интернет-протокол), либо можно сохранить данные спутниковых наблюдений, чтобы потом использовать их в постобработке методом кинематики (PPK).

OcuSync 2.0

Топовая цифровая технология видеопередачи OcuSync, позволяющая переключаться между частотами 2.4ГГц и 5.8ГГц исходя из уровня загруженности канала, обеспечивая на выходе показательную помехоустойчивость и время задержки на расстоянии FPV удаления до 7км (для P4 Multispectral).

Интеллектуальные с/х миссии

План полётов

Оператор может выполнять автоматизированные миссии и управлять полётными посредством передового DJI приложения — GS PRO, работающее на IOS устройствах.

Захват данных

P4 Multispectral позволяет пользователю эффективно собирать мультиспектральные изображения на большой территории и получать объективный обзор проблемных зон.

Анализ данных

Легкий доступ и обработка аэрофотоснимков с применением специфических для растений метрик и параметров для достижения желаемых результатов по здоровью растений.

Действия на основании полученных данных

Опираясь на полученные с дрона данные, пользователь может принимать необходимые решения направленные на улучшение состояния с/х угодий и выращиваемых культур.

Применение

Точное земледелие

Мультиспектральные изображения могут быть полезны на протяжении всего периода вегетации, предоставляя информацию посредством невидимого для человеческого глаза электромагнитного спектра. Имея доступ к этим данным и данным Индекса растительности, таким как NDRE и NDVI, фермеры могут своевременно принимать обоснованные решения по обработке урожая, снижая затраты, экономя ресурсы и максимизируя урожайность.

Экологический мониторинг и инспекция

Регулярный мониторинг и осмотр растений, можно сделать ещё более умными и эффективным при использовании дрона P4 Multispectral. Получаемые мультиспектральные данные можно использовать для мониторинга состояния леса, измерения биомассы, картографирования береговой линии, либо управления прибрежной растительностью при одновременной защите сред обитания или экосистем и многое другое.

FAQ

Дрон

В. Чем P4 Multispectral отличается от Phantom 4 RTK?

О. Оба RTK-совместимые дрон-платформы. Основным отличием является камера. P4 Multispectral поставляется с камерой, которая состоит из одной RGB и пяти, составляющих массив, многоспектральных камер, разрешение каждой 2Мп; в то время как Phantom 4 RTK поставляется с одной RGB камерой с разрешением 20Мп.

В. Какие пропеллеры использует P4 Multispectral?

О. Он использует малошумные пропеллеры 9455S. Пропы беспилотников Phantom 4 серии также подходят, но они ухудшат лётные характеристики P4M.

В. Что необходимо предпринять для обеспечения сохранности спектрального датчика солнечного света?

О. Держите его подальше от твёрдых, острых предметов, чтобы не поцарапать.

Камеры

В. Каковы возможности многоспектрального массива камер P4 Multispectral?

Мультиспектральная система визуализации P4 Multispectral обнаруживает излучательную способность различных объектов, которая регистрируется каждой из камер и анализируется для расчёта значений индекса растительности. Общим индексом, используемым в сельском и лесном хозяйстве для здоровья растений, является NDVI. Между тем, спектральный датчик солнечного света расположенный в верхней части дрона компенсирует солнечный свет, полученный в разное время дня, улучшая согласованность данных, полученных с одной и той же области растительного покрова.

В. Каким образом реализована радиометрическая калибровка камер?

О. Ваши изображения проходят радиометрическую калибровку, когда вы обрабатываете их с помощью функций индекса растительности в DJI GS Pro и DJI Terra.

В. Прошли ли камеры на P4 Multispectral компенсацию положения изображения?

О. Да. Положения CMOS центров шести камер относительно фазового центра бортовой D-RTK антенны были откалиброваны и записаны в EXIF данных для каждого изображения.

В. Прошли ли объективы камер коррекцию искажений?

О. Исходные изображения не исправляются на искажение, но каждый объектив камеры прошел измерение на искажения в процессе производства, а все корректирующие параметры записаны в каждом из изображений.

В. Прошли ли камеры коррекцию виньетирования?

О. Коррекция виньетирования исходных изображений не осуществляется, но параметры для коррекции записываются в каждом из изображений.

В. Как обеспечивается согласованность между многоспектральными матрицами камер и спектральными датчиками солнечного света на разных дронах?

О. Все беспилотники P4M проходят стандартную калибровку камеры и матрицы в рамках производственных стандартов DJI, сводя к минимуму различия между дронами.

В. Что хранится в пиксельных значениях изображений, значениях DN или значениях отражательной способности?

О. Значения DN.

Аппаратура управления

В. Какой пульт дистанционного управления совместим с P4 Multispectral?

О. В настоящее время P4 Multispectral совместим только с SDK аппаратурой управления, который поставляется вместе с дроном.

Передача сигнала

В. Каково разрешение видеопотока P4 Multispectral?
О. 720p.

Питание

В. Могу ли я использовать батарею P4 Multispectral на Phantom 4 RTK?

О. Да.

В. Сколько времени занимает зарядка АКБ P4 Multispectral?

О. Около 58 минут.

ПО

В. Есть ли ограничения по количеству путевых точек для каждого вылета?

О. Количество путевых точек в каждой полётной миссии не ограничено, но беспилотник может выполнять действия только до 99 маршрутных точек. Когда полётная миссия имеет более 99 путевых точек, DJI GS Pro автоматически разбивает путевые точки на группы, каждая из которых содержит максимум 99 путевых точек.

В. Каковы пределы высоты полёта и скорости?

О. Макс. высота полёта: 500м, минимальная: 1м. Макс. скорость полёта: 54 км/ч, минимальная: 3.6 км/ч.

В. Какой режим полёта мне следует использовать, если я хочу переключаться между режимами прямой RGB трансляции и NDVI?

О. Вы можете переключаться между прямой RGB трансляцией и NDVI в ручном режиме. Мы рекомендуем вам оставаться в RGB режиме и не переключаться между каналами во время полёта. JPEG изображения будут автоматически сохраняться в RGB или NDVI в зависимости от режима камеры. Большинству сторонних картографических программ требуются RGB изображения для аэротриангуляции перед наложением NDVI карт.

В. Каковы рекомендуемые настройки камеры?

О. Для начинающих пользователей разработчик рекомендует установить режим многоспектральной съёмки на Авто, выбрать «Average Metering» в качестве режима замера и выбрать AE unlock.

В. Поддерживает ли P4M программное обеспечение сторонник разработчиков?

О. Поддержка DJI Mobile SDK станет доступна в ближайшее время.

В. Какие показатели растительности поддерживаются в DJI Terra?

О. DJI Terra поддерживает NDVI, GNDVI, NDRE, LCI и OSAVI, но не имеет функции калькулятора индекса растительности.

Применение

В. Могу ли я реконструировать карты, используя стороннее программное обеспечение?
О. Да.

В. Как рассчитать подходящую высоту полёта на основе значения размера пикселя по земной поверхности (GSD)?

О. GSD для P4 Multispectral составляет (H/18.9) см/пиксель. Рассчитать высоту полёта можно с необходимой вам точностью.

В. Какова максимальная площадь картографирования за один полёт?

О. За один полёт, на высоте 180 м, P4 Multispectral имеет максимальную площадь отображения около 0.47 км², т.е. GSD составляет приблизительно 9.52 см/пиксель.

В. Отражается ли в путевых точках миссии какая-либо информация о высоте?

О. Информация об относительной высоте (относительно вашей точки взлёта) хранится на фотографиях, снятых в путевых точках.

В. Совместим ли P4 Multispectral с базовыми станциям сторонних разработчиков?

О. Нет, вы не можете подключить базовые станции сторонних разработчиков к P4 Multispectral или к пульту дистанционного управления через радиостанцию. Однако вы можете получать данные с сетевого RTK-сервера по протоколу NTRIP в сетевой 4G/Wi-Fi среде. Данные спутниковых наблюдений также могут быть сохранены пользователем в беспилотнике, для последующей постобработки методом кинематики (PPK).