Ученые ТГТУ показали новую разработку: наземный дрон выявит больные деревья в саду и поможет сохранить урожай

Научный проект был запущен учеными ТГТУ в рамках комитета "Умное агро" научно-образовательного центра мирового уровня "Инженерия будущего", в состав которого входит вуз. Затем к научному коллективу присоединились ученые из НИТУ МИСИС, Высшей школы экономики и Китайского горно-технологического университета.

Дрон, передвигаясь по саду на колесной платформе, с расстояния нескольких метровсканирует плоды на деревьях, выявляя области поражения. На основании полученной информации формируется карта фитосанитарных заболеваний, что позволяет оперативно внедрить технические и защитные меры для сбережения урожая.

 «Производство фруктов и ягод чрезвычайно энергозатратно и с трудом поддается автоматизации. Обработка ядохимикатами сельхозугодий приводит к их накоплению в почве, повышению рисков заболеваемости и снижению общего иммунитета населения, - отмечает Дмитрий Муромцев, проректор по научной работе ТГТУ. – Робоплатформа botANNIC позволит минимизировать эксплуатационные издержки, снизить воздействие на окружающую среду и оптимизировать производственный цикл».

«С помощью стереокамеры, которая использует нейросети для воспроизведения человеческого зрения, botANNIC сканирует лиственные и плодоносные части деревьев, обнаруживает яблоки в кроне дерева, выявляя их степень спелости, а также повреждения», – рассказывает Иван Ушаков, заведующий кафедрой физики НИТУ МИСИС.

Робоплатформа оснащена стереокамерой, гиперспектральным датчиком для определения состояния качества плодов, электродвигателями мощностью 500 Вт и литий-ионными батареями. Навигационная система автоматизированной платформы используют 3D-карты окружающей местности. Габаритные размеры платформы 1,5-1,5 м, грузоподъемность - 200 кг, для перевозки дополнительного оборудования, например, манипулятора для отбора проб фруктов или сбора урожая.

Система успешно показала себя во время испытаний на территории промышленного яблоневого сада Федерального научного центра имени И. В. Мичурина. Результаты исследований опубликованы в престижном научном журнале Drones (Q1).

 «В процессе перемещения дрона по саду с помощью стерео- и гиперспектральной камеры собирается информация. В дальнейшем данные загружаются на бортовой компьютер платформы и планшет оператора, который может задать траекторию движения и конечную точку, – поясняет Павел Балабанов, заведующий кафедрой «Мехатроника и технологические измерения» Тамбовского государственного технического университета. – Для обнаружения яблок на фоне листвы при колеблющемся солнечном освещении разработан алгоритм автоматического выбора области переднего плана. Затем система с помощью многомерного дискриминантного анализа дополнительно классифицирует изображения плодов по следующим группам: здоровое яблоко (класс 0), гнилое (класс 1), пятнистое (класс 2), поврежденное насекомыми (класс 3) или грибковой паршой (класс 4). Точность классификации составляет не менее 80%».

Дальнейшее развитие данных технологий позволит не только снизить себестоимость сельскохозяйственного производства, но и уйти от использования химикатов. В планах различные варианты совершенствования разработки. Например, возможно проведение работ по оснащению botANNIC дополнительными датчиками и лазерным излучателем, для обеспечения возможности уничтожения вредных насекомых и сорняков. Это позволит получать чистые продукты питания, не содержащие пестициды и гербициды, а также радикально снизить вредную нагрузку на экосистему.

Предложенное учеными решение полезно для хозяйств, выращивающих фрукты в садах интенсивного типа. Оно также найдет применение в системах мониторинга и поддержки принятия решений для своевременного планирования агротехнических и защитных мер по сохранению высокого урожая.