WO2019031993A1 - Unmanned aerial vehicle for treating plants - Google Patents
Unmanned aerial vehicle for treating plants Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019031993A1 WO2019031993A1 PCT/RU2018/050095 RU2018050095W WO2019031993A1 WO 2019031993 A1 WO2019031993 A1 WO 2019031993A1 RU 2018050095 W RU2018050095 W RU 2018050095W WO 2019031993 A1 WO2019031993 A1 WO 2019031993A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- uav
- module
- computing unit
- chemicals
- plants
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing or receiving articles, liquids, or the like, in flight
- B64D1/16—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting
- B64D1/18—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting by spraying, e.g. insecticides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U20/00—Constructional aspects of UAVs
- B64U20/70—Constructional aspects of the UAV body
- B64U20/73—Monocoque body
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
- B64U10/13—Flying platforms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/40—UAVs specially adapted for particular uses or applications for agriculture or forestry operations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/45—UAVs specially adapted for particular uses or applications for releasing liquids or powders in-flight, e.g. crop-dusting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls
- B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]
- B64U2201/104—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS] using satellite radio beacon positioning systems, e.g. GPS
Definitions
- the technical solution relates to the field of robotics and agricultural technology, in particular, the design of unmanned aerial vehicle (UAV) used in agriculture for fertilizer application, spraying plants and monitoring crop yields.
- UAV unmanned aerial vehicle
- the claimed solution offers a new UAV design, equipped with means for monitoring and spraying plants in an automated manner.
- the technical result is the provision of an automated process of spraying plants on the basis of monitoring plant vegetativeness and ensuring the dosed introduction of chemicals through the use of a multi-rotor spraying system.
- Declared a UAV for processing plants contains a case inside which are installed: a battery, a computing unit, a memory unit containing information about the coordinates of the flight path of the UAV, a navigation system, means for wireless reception and transmission of information; propeller group consisting of brushless motors, stroke regulators and screws located on the beams connected to the housing, installed on the housing a plant treatment system installed on a multi-rotor system, a container with plant processing chemicals, connected to a plant processing system, a processing system control module plants, a narrow-band multispectral photo fixing module, configured to obtain spectral images of plants, a battery charge control sensor - the computing unit is configured to process data from the plant processing area received from the narrow-band multispectral photo fixing module and external sources of information, build a flight route map based on the information received, and transfer data to the processing system control module, which is capable of activating and controlling spraying power plants and the computing unit is connected to a sensor for checking the level of chemicals that is capable of generating a signal for the computing
- the installation rays of the propeller motor group are removable.
- the rays are attached to the housing by means of a detachable connection.
- the plant treatment system is at least one generator of hot or cold mist, or a nozzle sprayer.
- the chemical container is connected via a hose to a plant treatment system.
- the tank is installed on the ground and contains a pump adapted to provide access of the chemical to the UAV.
- the capacity is attached to the body of the UAV.
- In another private implementation option additionally contains a sensor for checking the level of chemicals installed in the tank and connected to the computing unit, and configured to generate a signal for the computing unit to return the UAV for refueling when the specified level of chemicals is reached.
- the housing includes dust / moisture protection.
- the housing is made in the form of a monocoque.
- the implementation of the computing unit is made in the form of a processor or microcontroller.
- the implementation of the memory block is made in the form of a flash memory module.
- the means of wireless data receiving and receiving are a Wi-Fi module, a GSM module or a Bluetooth module.
- the navigation system is designed as a satellite coordinates receiver in the GPS / rjIOHACC / BeiDou / Galileo system, or combinations thereof.
- the narrow-band photo-fixing module is designed as a narrow-band multispectral camera for monitoring plant health.
- the housing and the equipment installed on it contains a hydrophobic coating.
- FIG. 1 illustrates the general scheme of the elements of the UAV.
- FIG. 2 illustrates a general view of a UAV.
- FIG. 3 illustrates the monitoring and spraying of plants.
- the structure of the UAV (100) includes a number of elements that are interconnected by a common data bus (150) for transmitting signals and control information, in particular: computational unit (101), memory unit (102), navigation system (103), means of reception and transmission (104), plant processing system (106), controlled by the control module (105), narrow-band multispectral photo fixation module (107) , battery charge control sensor (108), liquid chemical container (109) and battery (110).
- Computing unit (101) may be a processor, microcontroller, FPGA chip, etc.
- the memory block (102) can be executed in the form of various types of devices for storing information, for example, flash-based media (SD cards), SSD disk, HDD disk, or combinations thereof.
- SD cards flash-based media
- SSD disk solid state drive
- HDD disk hard disk drive
- the navigation system (103) on board the UAV (100) can be performed on the basis of known chips operating in GPS / rjlOHACC / Galileo / BeiDou systems. Combined modules can be used to work simultaneously in several GNSS / GNSS systems (Global Satellite Navigation System / Global Navigation Satellite Systems) simultaneously realizing the reception of satellite coordinates from these systems.
- GNSS Global Satellite Navigation System / Global Navigation Satellite Systems
- Reception-transmission facilities (104) are mainly devices that provide wireless communication and data exchange, in particular, a GSM modem, Wi-Fi transceiver, Bluetooth module, NFC module, RFID, ZeegBee, etc.
- the spraying system (106) is a multi-rotor system controlled by an appropriate module (105), which is controlled by a computing unit (101).
- System (106) can be implemented in the form of one or more generators of hot or cold mist, or a nozzle sprayer.
- System (106) is connected to a liquid chemical tank (109) for performing the spraying procedure.
- the narrowband multispectral photo fixation module (107) is used to monitor the UAV flyby zone, in particular, to obtain images from which the plant spray area is determined.
- the module (107) contains a narrow-band multispectral camera for obtaining NDVI data, which are used to determine the lack of moisture and plant soreness.
- the elements of the UAV (100) are controlled using a rechargeable battery (110), to which the battery charge control sensor (108) is also connected, signaling the battery charge level (110) and generating a signal for the computing unit (101) to return the UAV (100) for recharging or replacing the battery (110).
- Fig.2 presents a General view of the UAV (100).
- the movement of the UAV (100) is carried out with the help of a propeller group consisting of brushless motors, travel regulators and screws (111) located on the beams (112) connected to the hull.
- Rays (112) can be made removable and connected to the UAV case (100) using a detachable connection (113). This principle ensures the prompt replacement of the beam (112) in case of its breakdown or the fall of the UAV (100).
- the body of the UAV (100) can be of various shapes, the most preferred is the shape of a monocoque.
- the case has a dust / moisture protection, for example, according to the IP65 standard, and the elements of the UAV (100) can be covered with a hydrophobic coating for the safety of their work.
- a container (109) containing chemicals can be attached to the body of a UAV (100), for example, by means of a bolt joint, or placed on the ground and connected to a plant processing system (106) by means of a hose.
- the container (109) contains a pump to provide a spray liquid.
- a liquid level control sensor can be installed in the tank (109), which signals the number of chemicals and a signal is generated for the computing unit (101) to return the UAV (100) to refuel the tank (109), when the tank is installed on the UAV case ( 100) .
- the chemical level sensor If the tank (109) is installed on the ground, the chemical level sensor generates a signal to transmit it to the operator’s mobile device, for example, a smartphone, tablet or laptop.
- the operation of the UAV (100) is as follows.
- UAV (100) is delivered to the work area and is activated.
- the activation of the UAV (100) can be performed using the controls installed on the UAV (100) or using a specialized software application.
- the memory (102) of the UAV (100) contains data for processing the necessary zone with plants, in particular, the flight route, data on the cultivated crop in the fly zone, a map of vegetation. Also, the UAV (100) can synchronize data with a server that contains data of vegetation maps, in particular, information about the cultivated crop.
- the elements of the declared UAV (100) are fixed between themselves and the supporting elements of the structure, for example, the housing, with the help of a wide range of assembly operations, for example, screwing, articulation, adhesions, riveting, etc., depending on the most suitable method of fastening the elements.
- the UAV (100) Having processed with the help of the computing unit (101) data on the state of the plants currently synchronized using the navigation system or the GSM module, the UAV (100) builds a flight mission with an autonomous flight and processing route. After processing the plants, the UAV (100) independently returns to a specialized container to replace the power source, or if the charge level becomes critically low during the processing of the plants. After processing the entire area of the UAV (100) returns to the container, closes and signals the end of the work.
- the UAV (100) is capable of operating in two modes: a continuous monitoring mode with a parameter removal period, for example, 1 sec. / 10 sec. / 30 sec. / 1 minute. / 5 minutes; and the point measurement mode at the moment of triggering the shutter of the narrowband multispectral photo fixing module (107).
- the obtained information from the module (107) is processed by the computing unit (101) and recorded in the memory (102).
- the data obtained during the monitoring are available for analysis and are used together with the NDVI graphic data for their refinement and correction for external conditions at the time of the survey.
- NDVI is one of the most common and used indices for solving problems using quantitative estimates of vegetation cover. This index is used to quantify biomass in agricultural fields, as well as to analyze the condition of plants and identify diseases in plants. When flying at low altitudes, up to 20m. UAV (100) performs a crop survey in high resolution. After that, it carries out a verification of the initially specified parameters of the presence of a disease.
- NDVI measurement is carried out using the ratio of the intensity of reflected radiation from plants in different ranges of light radiation. For this, it is necessary to use specialized multispectral means of photo fixation (camera).
- the UAV (100) recognizes its position at the time of launch and via GSM networks synchronizes the data on the fields within the range of the cultures growing on them. Thus, the preparation for monitoring and adjustment of the initial input parameters takes place. UAV (100) has the ability to synchronize with satellite maps, for more information about the territory of the monitoring.
- the UAV software (100) can count the number of plants. Further, using the coefficients, the useful biomass in a given territory is calculated.
- the UAV (100) on the basis of the information received in the process of performing the spraying procedure, conducts field surveys and builds plant health cards, on the basis of which chemical maps and flyby routes are constructed.
- the data obtained when shooting plants are processed using the computing unit (101).
- the received information can be transmitted using the means (104) to a remote server or the mobile device of the operator.
- the map and data of the application of chemicals contains information on the required dose of application in different areas of the treated area.
- the map also contains the optimal flight route of the UAV (100) for the introduction of chemicals.
- the optimal route is the movement path of the UAV (100) in the plant processing area with the shortest (shortest) distance from one crop to another to be treated with chemicals, which leads to a reduction in the time spent on processing plants, thereby increasing productivity (maximum number of treated foci for the minimum time).
- the UAV (100) calculates the spray power of the plant treatment system (106), in particular the power of the nozzles / cold mist generators / hot mist generators.
- the spray power of the plant treatment system (106) in particular the power of the nozzles / cold mist generators / hot mist generators.
- Elements of the UAV (100) can also be installed on funds for monitoring and introducing chemicals that do not contain a propeller group, for example, a balloon or airship. In this case, such UAVs will perform a similar function.
- Information presented in these materials discloses preferred embodiments of the claimed device and should not be used as limiting other, private embodiments of the device that do not go beyond the scope of legal protection disclosed in this application.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Pest Control & Pesticides (AREA)
- Catching Or Destruction (AREA)
Abstract
Description
БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕ ТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАСТЕНИИ UNCLEANED TREATMENT APPARATUS FOR PLANT TREATMENT
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ TECHNICAL FIELD
Техническое решение относится к области робототехники и аграрной техники, в частности к конструкции беспилотного летального аппарата (БПЛА) , применяемого в сельском хозяйстве для внесения удобрений, опрыскивания растений и мониторинга урожайности растительных культур. The technical solution relates to the field of robotics and agricultural technology, in particular, the design of unmanned aerial vehicle (UAV) used in agriculture for fertilizer application, spraying plants and monitoring crop yields.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND
Известна конструкция БПЛА, предназначенная для автоматизированного опрыскивания растений (US 20130068892 А1 , Desa et al . , 21.03.2013) . Данное решение представляет собой БПЛА, на борту которого установлена система опрыскивания растений, соединенная с емкостью с жидким химикатом и управляемая подачей жидкости через помпу. БПЛА управляется с помощью вычислительного модуля (процессора) , получая команды от пользователя, управляющего БПЛА с помощью беспроводного пульта управления. Known design of the UAV, designed for automated spraying of plants (US 20130068892 A1, Desa et al., 03/21/2013). This solution is a UAV, on board of which a plant spray system is installed, connected to a tank with a liquid chemical and controlled by the flow of liquid through a pump. The UAV is controlled by the computing module (processor), receiving commands from the user who is controlling the UAV using the wireless control panel.
Недостатками данной конструкции является ее ограниченная функциональность, обусловленная тем, что БПЛА не может осуществлять необходимые работы самостоятельно без участия пользователя, а также отсутствие возможности анализа урожайности растений с помощью съемки растений мультиспектральной камеры для расчета индекса вегетативности NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) . The disadvantages of this design is its limited functionality, due to the fact that the UAV cannot perform the necessary work on its own without user intervention, and the inability to analyze plant yields using the multispectral camera surveys to calculate the vegetative index NDVI (Normalized Difference Vegetation Index).
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ DISCLOSURE OF USEFUL MODEL
Для решения существующей технической проблемы, заявленное решение предлагает новую конструкцию БПЛА, оснащенного средствами для мониторинга и опрыскивания растений в автоматизированном режиме. To solve an existing technical problem, the claimed solution offers a new UAV design, equipped with means for monitoring and spraying plants in an automated manner.
Техническим результатом является обеспечение автоматизированного процесса опрыскивания растений на основании данных мониторинга вегетативности растений и обеспечении дозированного внесения химикатов за счет применения мультироторной системы опрыскивания. The technical result is the provision of an automated process of spraying plants on the basis of monitoring plant vegetativeness and ensuring the dosed introduction of chemicals through the use of a multi-rotor spraying system.
Дополнительно также расширяется арсенал БПЛА сельскохозяйственного назначения для мониторинга и опрыскивания растительности . Additionally, the arsenal of agricultural UAVs for monitoring and spraying vegetation is also expanding.
Заявленный БПЛА для обработки растений содержит корпус, внутри которого установлены: аккумулятор, вычислительный блок, блок памяти, содержащий информации о координатах маршрута полета БПЛА, навигационную систему, средства беспроводной приема-передачи информации; винтомоторную группу, состоящую из бесколлекторных двигателей, регуляторов хода и винтов, расположенную на лучах, соединенных с корпусом, установленную на корпусе систему обработки растений, установленную на мультироторной системе, емкость с химикатами для обработки растений, соединенную с системой обработки растений, модуль управления системой обработки растений, модуль узкополосной мультиспектральной фото фиксации, выполненный с возможностью получения спектральных изображений растений, датчик контроля заряда аккумулятора, причем - вычислительный блок выполнен с возможностью обработки данных зоны обработки растений, полученных от модуля узкополосной мультиспектральной фото фиксации и внешних источников информации, построении карт маршрута полета на основе полученной информации, и передачи данных модулю управления системой обработки, который выполнен с возможность активации и управления мощностью опрыскивания растений и вычислительный блок связан с датчиком проверки уровня химикатов, который выполнен с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости возврата БПЛА для дозаправки при достижении заданного уровня химикатов, и датчиком контроля заряда аккумулятора, который выполнен с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости возврата БПЛА для замены аккумулятора. Declared a UAV for processing plants contains a case inside which are installed: a battery, a computing unit, a memory unit containing information about the coordinates of the flight path of the UAV, a navigation system, means for wireless reception and transmission of information; propeller group consisting of brushless motors, stroke regulators and screws located on the beams connected to the housing, installed on the housing a plant treatment system installed on a multi-rotor system, a container with plant processing chemicals, connected to a plant processing system, a processing system control module plants, a narrow-band multispectral photo fixing module, configured to obtain spectral images of plants, a battery charge control sensor - the computing unit is configured to process data from the plant processing area received from the narrow-band multispectral photo fixing module and external sources of information, build a flight route map based on the information received, and transfer data to the processing system control module, which is capable of activating and controlling spraying power plants and the computing unit is connected to a sensor for checking the level of chemicals that is capable of generating a signal for the computing unit about the need to return the UAV for refueling when it reaches a predetermined level of chemicals, and a sensor for monitoring the battery charge that is configured to generate a signal for the computing unit about the need to return the UAV for battery replacement.
В частном варианте реализации лучи установки винтомоторной группы являются съемными. In the private embodiment, the installation rays of the propeller motor group are removable.
В другом частном варианте реализации лучи крепятся к корпусу посредством разъемного соединения. In another particular embodiment, the rays are attached to the housing by means of a detachable connection.
В другом частном варианте реализации система обработки растений представляет собой по меньшей мере один генератор горячего или холодного тумана, или форсуночного опрыскивателя. In another particular embodiment, the plant treatment system is at least one generator of hot or cold mist, or a nozzle sprayer.
В другом частном варианте реализации емкость с химикатами соединена посредством шланга с системой обработки растений. In another particular embodiment, the chemical container is connected via a hose to a plant treatment system.
В другом частном варианте реализации емкость установлена на земле и содержит насос, выполненный с возможностью обеспечения доступа химиката к БПЛА. In another private implementation, the tank is installed on the ground and contains a pump adapted to provide access of the chemical to the UAV.
В другом частном варианте реализации емкость прикреплена к корпусу БПЛА. In another private implementation, the capacity is attached to the body of the UAV.
В другом частном варианте реализации дополнительно содержится датчик проверки уровня химикатов, установленный в емкости и соединенный с вычислительным блоком, и выполненный с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости возврата БПЛА для дозаправки при достижении заданного уровня химикатов . In another private implementation option additionally contains a sensor for checking the level of chemicals installed in the tank and connected to the computing unit, and configured to generate a signal for the computing unit to return the UAV for refueling when the specified level of chemicals is reached.
В другом частном варианте реализации корпус содержит пыле/влаго защиту . In another particular embodiment, the housing includes dust / moisture protection.
В другом частном варианте реализации корпус выполнен в виде монокока . In another private implementation, the housing is made in the form of a monocoque.
В другом частном варианте реализации вычислительный блок выполнен в виде процессора или микроконтроллера. In another private embodiment, the implementation of the computing unit is made in the form of a processor or microcontroller.
В другом частном варианте реализации блок памяти выполнен в виде модуля флэш-памяти. In another private embodiment, the implementation of the memory block is made in the form of a flash memory module.
В другом частном варианте реализации средства беспроводной приема-передачи информации представляют собой Wi-Fi модуль, GSM модуль или Bluetooth модуль . In another private implementation, the means of wireless data receiving and receiving are a Wi-Fi module, a GSM module or a Bluetooth module.
В другом частном варианте реализации навигационная система выполнена в виде приемника спутниковых координат в системе GPS/rjIOHACC/BeiDou/Galileo или их сочетаний. In another private implementation, the navigation system is designed as a satellite coordinates receiver in the GPS / rjIOHACC / BeiDou / Galileo system, or combinations thereof.
В другом частном варианте реализации модуль узкополосной фото фиксации выполнен в виде узкополосной мультиспектральной камеры для мониторинга состояния здоровья растений. In another particular embodiment, the narrow-band photo-fixing module is designed as a narrow-band multispectral camera for monitoring plant health.
В другом частном варианте реализации корпус и установленное на него оборудование содержит гидрофобное покрытие. In another particular embodiment, the housing and the equipment installed on it contains a hydrophobic coating.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг. 1 иллюстрирует общую схему элементов БПЛА. FIG. 1 illustrates the general scheme of the elements of the UAV.
Фиг. 2 иллюстрирует общий вид БПЛА. FIG. 2 illustrates a general view of a UAV.
Фиг. 3 иллюстрирует выполнение мониторинга и опрыскивания растений . FIG. 3 illustrates the monitoring and spraying of plants.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ DETAILED DESCRIPTION OF THE USEFUL MODEL
Как показано на Фиг. 1 в состав конструкции БПЛА (100) входит ряд элементов, которые объединены между собой общей шиной данных (150) для передачи сигналов и управляющей информации, в частности: вычислительный блок (101), блок памяти (102), навигационная система (103), средства приёма-передачи (104), система обработки растений (106), управляемая с помощью модуля управления (105), модуль узкополосной мультиспектральной фото фиксации (107), датчик контроля заряда аккумулятора (108), емкость с жидкими химикатами (109) и аккумулятор (110) . As shown in FIG. 1 The structure of the UAV (100) includes a number of elements that are interconnected by a common data bus (150) for transmitting signals and control information, in particular: computational unit (101), memory unit (102), navigation system (103), means of reception and transmission (104), plant processing system (106), controlled by the control module (105), narrow-band multispectral photo fixation module (107) , battery charge control sensor (108), liquid chemical container (109) and battery (110).
Вычислительный блок (101) может представлять собой процессор, микроконтроллер, ПЛИС-микросхему и т.п. Computing unit (101) may be a processor, microcontroller, FPGA chip, etc.
Блок памяти (102) может выполняться в виде различного вида устройств, предназначенных для хранения информации, например, носителя на базе флэш-память (SD карты), SSD диск, HDD диск или их сочетания . The memory block (102) can be executed in the form of various types of devices for storing information, for example, flash-based media (SD cards), SSD disk, HDD disk, or combinations thereof.
Навигационная система (103) на борту БПЛА (100) может выполняться на базе известных чипов, работающих в системах GPS/rjlOHACC/Galileo/BeiDou . Могут применяться комбинированные модули для работы сразу в нескольких системах ГНСС/GNSS (Глобальная Спутниковая Навигационная Система/Global Navigation Satellite Systems) одновременно, реализующий прием спутниковых координат от упомянутых систем. The navigation system (103) on board the UAV (100) can be performed on the basis of known chips operating in GPS / rjlOHACC / Galileo / BeiDou systems. Combined modules can be used to work simultaneously in several GNSS / GNSS systems (Global Satellite Navigation System / Global Navigation Satellite Systems) simultaneously realizing the reception of satellite coordinates from these systems.
Средства приема-передачи (104) представляют собой преимущественно устройства, обеспечивающие беспроводную связь и обмен данными, в частности, GSM модем, Wi-Fi приемо-передатчик, Bluetooth модуль, NFC модуль, RFID, ZeegBee и т.п. Reception-transmission facilities (104) are mainly devices that provide wireless communication and data exchange, in particular, a GSM modem, Wi-Fi transceiver, Bluetooth module, NFC module, RFID, ZeegBee, etc.
Система для опрыскивания (106) представляет собой мультироторную систему, управляемую с помощью соответствующего модуля (105), который управляется с помощью вычислительного блока (101) . Система (106) может выполняться в виде одного или более генератора горячего или холодного тумана, или форсуночного опрыскивателя. Система (106) связана с емкостью с жидким химикатом (109) для выполнения процедуры опрыскивания. The spraying system (106) is a multi-rotor system controlled by an appropriate module (105), which is controlled by a computing unit (101). System (106) can be implemented in the form of one or more generators of hot or cold mist, or a nozzle sprayer. System (106) is connected to a liquid chemical tank (109) for performing the spraying procedure.
Модуль узкополосной мультиспектральной фото фиксации (107) применяется для мониторинга зоны облета БПЛА, в частности, для получения изображений, по которым определяется зона опрыскивания растений. Модуль (107) содержит узкополосную мультиспектральную камеру для получения NDVI данных, по которым определяется нехватка влаги и болезненность растений. The narrowband multispectral photo fixation module (107) is used to monitor the UAV flyby zone, in particular, to obtain images from which the plant spray area is determined. The module (107) contains a narrow-band multispectral camera for obtaining NDVI data, which are used to determine the lack of moisture and plant soreness.
Управление элементами БПЛА (100) осуществляется с помощью аккумуляторной батареи (110), к которой также подключен датчик контроля заряда аккумулятора (108), сигнализирующий об уровне заряда аккумулятора (110) и формировании сигнала для вычислительного блока (101) для возврата БПЛА (100) для подзарядки или замены аккумуляторной батареи (110) . The elements of the UAV (100) are controlled using a rechargeable battery (110), to which the battery charge control sensor (108) is also connected, signaling the battery charge level (110) and generating a signal for the computing unit (101) to return the UAV (100) for recharging or replacing the battery (110).
На Фиг .2 представлен общий вид БПЛА (100) . Перемещение БПЛА (100) осуществляется с помощью винтомоторной группы состоящую из бесколлекторных двигателей, регуляторов хода и винтов (111), расположенную на лучах (112), соединенных с корпусом. Лучи (112) могут выполняться съемными и соединяться с корпусом БПЛА (100) с помощью разъемного соединения (113) . Такой принцип обеспечивает оперативную замену луча (112) при его поломке или падении БПЛА (100) . On Fig.2 presents a General view of the UAV (100). The movement of the UAV (100) is carried out with the help of a propeller group consisting of brushless motors, travel regulators and screws (111) located on the beams (112) connected to the hull. Rays (112) can be made removable and connected to the UAV case (100) using a detachable connection (113). This principle ensures the prompt replacement of the beam (112) in case of its breakdown or the fall of the UAV (100).
Корпус БПЛА (100) может выполняться различной формы, наиболее предпочтительной является форма монокока. Корпус имеет пыле/влагозащиту, например, по стандарту IP65, причем элементы БПЛА (100) могут покрываться гидрофобным покрытием для сохранности их работы. Емкость (109), содержащая химикаты, может быть прикреплена к корпусу БПЛА (100), например, с помощью болтового соединения, или же располагаться на земле и соединяться с системой обработки растений (106) посредством шланга. Емкость (109) содержит насос для обеспечения подачи жидкости для опрыскивания. Дополнительно в емкости (109) может устанавливаться датчик контроля уровня жидкости, который сигнализирует о количестве химикатов и формируется сигнал для вычислительного блока (101) для возврата БПЛА (100) для дозаправки емкости (109), в случае, когда емкость устанавливается на корпус БПЛА (100) . The body of the UAV (100) can be of various shapes, the most preferred is the shape of a monocoque. The case has a dust / moisture protection, for example, according to the IP65 standard, and the elements of the UAV (100) can be covered with a hydrophobic coating for the safety of their work. A container (109) containing chemicals can be attached to the body of a UAV (100), for example, by means of a bolt joint, or placed on the ground and connected to a plant processing system (106) by means of a hose. The container (109) contains a pump to provide a spray liquid. Additionally, a liquid level control sensor can be installed in the tank (109), which signals the number of chemicals and a signal is generated for the computing unit (101) to return the UAV (100) to refuel the tank (109), when the tank is installed on the UAV case ( 100) .
Если емкость (109) устанавливается на земле, то датчик контроля уровня химикатов формируется сигнал для передачи его на мобильное устройство оператора, например, смартфон, планшет или ноутбук. If the tank (109) is installed on the ground, the chemical level sensor generates a signal to transmit it to the operator’s mobile device, for example, a smartphone, tablet or laptop.
Согласно Фиг. 3 работа БПЛА (100) осуществляется следующим образом. БПЛА (100) доставляется в зону работы и активируется. Активация БПЛА (100) может выполняться с помощью органов управления, установленных на корпусе БПЛА (100) или с помощью специализированного программного приложения. According to FIG. 3, the operation of the UAV (100) is as follows. UAV (100) is delivered to the work area and is activated. The activation of the UAV (100) can be performed using the controls installed on the UAV (100) or using a specialized software application.
В памяти (102) БПЛА (100) содержатся данные для осуществления обработки необходимой зоны с растениями, в частности, маршрут полета, данные о выращиваемой культуре в зоне облета, карту растительности. Также, БПЛА (100) может синхронизировать данные с сервером, который содержит данные карт растительности, в частности, информацию о выращиваемой культуре. The memory (102) of the UAV (100) contains data for processing the necessary zone with plants, in particular, the flight route, data on the cultivated crop in the fly zone, a map of vegetation. Also, the UAV (100) can synchronize data with a server that contains data of vegetation maps, in particular, information about the cultivated crop.
Элементы заявленного БПЛА (100) фиксируются между собой и несущими элементами конструкции, например, корпусом, с помощью широкого спектра сборочных операций, например, свинчивания, сочленения, спайки, склепки и др., в зависимости от наиболее подходящего способа крепления элементов. The elements of the declared UAV (100) are fixed between themselves and the supporting elements of the structure, for example, the housing, with the help of a wide range of assembly operations, for example, screwing, articulation, adhesions, riveting, etc., depending on the most suitable method of fastening the elements.
Обработав с помощью вычислительного блока (101) данные о состоянии растений в настоящее время, синхронизированное с помощью навигационной системы или GSM модуля, БПЛА (100) осуществляет построение полетной миссии с маршрутом автономного полета и обработки. После выполнения обработки растений БПЛА (100) самостоятельно возвращается в специализированный контейнер для замены источника питания, либо же если в процессе обработки растений уровень заряда становится критически мал. После обработки всего участка БПЛА (100) возвращается в контейнер, закрывается и сигнализирует об окончании работы. Having processed with the help of the computing unit (101) data on the state of the plants currently synchronized using the navigation system or the GSM module, the UAV (100) builds a flight mission with an autonomous flight and processing route. After processing the plants, the UAV (100) independently returns to a specialized container to replace the power source, or if the charge level becomes critically low during the processing of the plants. After processing the entire area of the UAV (100) returns to the container, closes and signals the end of the work.
БПЛА (100) способен работать в двух режимах: режим постоянного мониторинга с периодом снятия параметров, например, 1 сек. / 10 сек. / 30 сек. / 1 мин. / 5 мин; и режиме точечного измерения в момент срабатывания затвора модуля узкополосной мультиспектральной фото фиксации (107) . Полученная информация с модуля (107) обрабатываются вычислительным блоком (101) и записываются в память (102) . The UAV (100) is capable of operating in two modes: a continuous monitoring mode with a parameter removal period, for example, 1 sec. / 10 sec. / 30 sec. / 1 minute. / 5 minutes; and the point measurement mode at the moment of triggering the shutter of the narrowband multispectral photo fixing module (107). The obtained information from the module (107) is processed by the computing unit (101) and recorded in the memory (102).
Полученные в ходе мониторинга данные доступны для анализа и используются совместно с графическими данными NDVI для их уточнения и поправки на внешние условия в момент съемки. The data obtained during the monitoring are available for analysis and are used together with the NDVI graphic data for their refinement and correction for external conditions at the time of the survey.
NDVI один из самых распространенных и используемых индексов для решения задач, использующих количественные оценки растительного покрова. Данный индекс используется для количественной оценки биомассы на сельскохозяйственных полях, а также анализа состояния растений и выявления болезней у растений. При полете на низких высотах, до 20м. БПЛА (100) выполняет съемку растительной культуры в высоком разрешении. После чего проводит сверку по изначально заданным параметрам наличия того или иного заболевания. NDVI is one of the most common and used indices for solving problems using quantitative estimates of vegetation cover. This index is used to quantify biomass in agricultural fields, as well as to analyze the condition of plants and identify diseases in plants. When flying at low altitudes, up to 20m. UAV (100) performs a crop survey in high resolution. After that, it carries out a verification of the initially specified parameters of the presence of a disease.
Измерение NDVI осуществляется с помощью соотношения интенсивности отраженного излучения от растений в различных диапазонах светового излучения. Для этого необходимо применять специализированные мультиспектральные средства фото фиксации (камеры) . NDVI measurement is carried out using the ratio of the intensity of reflected radiation from plants in different ranges of light radiation. For this, it is necessary to use specialized multispectral means of photo fixation (camera).
Имея ГНСС привязку (GPS, ГЛОНАСС) БПЛА (100) распознает свое место положения в момент запуска и посредством GSM сетей синхронизует данные о полях, находящихся в радиусе действия, культурах, произрастающих на них. Таким образом происходит подготовка к мониторингу и настройка первоначальных вводных параметров. БПЛА (100) имеет возможность синхронизироваться со спутниковыми картами, для получения дополнительных сведений о территории мониторинга. Having a GNSS binding (GPS, GLONASS), the UAV (100) recognizes its position at the time of launch and via GSM networks synchronizes the data on the fields within the range of the cultures growing on them. Thus, the preparation for monitoring and adjustment of the initial input parameters takes place. UAV (100) has the ability to synchronize with satellite maps, for more information about the territory of the monitoring.
Также, посредством распознавания отдельных ростков для одних культур, либо соотношения площади культурного растения к площади свободной земли на фото для других, программное обеспечение БПЛА (100) может проводить подсчет количества растений. Далее с помощью коэффициентов подсчитывается полезный объем биомассы на заданной территории . Also, by recognizing individual sprouts for some crops, or the ratio of the area of a cultivated plant to the free land in the photo for others, the UAV software (100) can count the number of plants. Further, using the coefficients, the useful biomass in a given territory is calculated.
БПЛА (100) на основании полученной информации в процессе выполнения процедуры опрыскивания проводит съемку полей и строит карты здоровья растений, на основании которых осуществляется построения карт внесения химикатов и построения маршрута облёта. Данные, полученные при съемке растений, обрабатываются с помощью вычислительного блока (101) . Также, полученная информация может передаваться с помощью средств (104) на удаленный сервер или мобильное устройство оператора. The UAV (100), on the basis of the information received in the process of performing the spraying procedure, conducts field surveys and builds plant health cards, on the basis of which chemical maps and flyby routes are constructed. The data obtained when shooting plants are processed using the computing unit (101). Also, the received information can be transmitted using the means (104) to a remote server or the mobile device of the operator.
Карта и данные внесения химикатов содержит информацию о необходимой дозе внесения на разных областях обрабатываемой площади. Так же карта содержит оптимальный маршрут полёта БПЛА (100) для проведения внесения химикатов. Под оптимальным маршрутом понимается траектория перемещения БПЛА (100) по зоне обработки растений с наименьшим (кратчайшим) расстоянием от одной растительной культуры к другой, подлежащей обработке химикатами, что приводит к сокращению времени, затрачиваемого на обработку растений, тем самым повышая производительность (максимум обработанных очагов за минимальное время) . The map and data of the application of chemicals contains information on the required dose of application in different areas of the treated area. The map also contains the optimal flight route of the UAV (100) for the introduction of chemicals. The optimal route is the movement path of the UAV (100) in the plant processing area with the shortest (shortest) distance from one crop to another to be treated with chemicals, which leads to a reduction in the time spent on processing plants, thereby increasing productivity (maximum number of treated foci for the minimum time).
По картам и данным внесения химикатов БПЛА (100) рассчитывает мощность опрыскивания системы обработки растений (106), в частности мощность форсунок/генераторов холодного тумана/генераторов горячего тумана. При внесении химикатов определенные области могут быть обработаны на полной мощности, либо остаться без обработки, что зависит от данных, полученных при анализе карт здоровья растений. Using the maps and data of chemical application, the UAV (100) calculates the spray power of the plant treatment system (106), in particular the power of the nozzles / cold mist generators / hot mist generators. When chemicals are applied, certain areas can be processed at full capacity, or left without treatment, which depends on the data obtained from the analysis of plant health cards.
Для различных культур и задач внесения химикатов, существуют различные алгоритмы и программы построения карт обработки химикатами и построения маршрута облёта при внесении химикатов [1], [2] . Также существуют универсальные алгоритмы построения карт и внесения химикатов при облете и обработке для различных видов растений, различных химикатов и различных задач внесения химикатов [3], [4] . For various crops and chemical application tasks, there are various algorithms and programs for constructing chemical processing maps and for constructing a route of a flyout when chemicals are introduced [1], [2]. There are also universal algorithms for constructing maps and introducing chemicals for circulating and processing for different types of plants, various chemicals and various tasks for introducing chemicals [3], [4].
Элементы БПЛА (100) могут также быть установлены на средства для осуществления мониторинга и внесения химикатов, не содержащие винтомоторной группы, например, аэростат или дирижабль. В этом случае такие БПЛА будут выполнять аналогичную функцию. Представленные в настоящих материалах заявки сведения раскрывают предпочтительные варианты реализации заявленного устройства и не должны использоваться как ограничивающие иные, частные варианты осуществления устройства, которые не выходят за пределы объема правовой охраны, раскрытого в настоящей заявке. Elements of the UAV (100) can also be installed on funds for monitoring and introducing chemicals that do not contain a propeller group, for example, a balloon or airship. In this case, such UAVs will perform a similar function. Information presented in these materials discloses preferred embodiments of the claimed device and should not be used as limiting other, private embodiments of the device that do not go beyond the scope of legal protection disclosed in this application.
Список литературы: Bibliography:
1. Changqing et al. UAV path planning using GSO-DE algorithm / TENCON 2013 - 2013 IEEE Region 10 Conference (31194) . 1. Changqing et al. IEEE Region 10 Conference (31194). UAV path planning using GSO-DE algorithm / TENCON 2013 - 2013.
2. Sundar et al. Algorithms for Routing an Unmanned Aerial Vehicle in the presence of Refueling Depots / Texas A & M University, College Station, TX 77843. 2. Sundar et al. A & M University University College, College Station, TX 77843.
3. Enright et al. UAV Routing and Coordination in Stochastic, Dynamic Environments / Massachusetts Institute of Technology. 3. Enright et al. UAV Routing and Coordination in Stochastic, Dynamic Environments / Massachusetts Institute of Technology.
4. Nikolos et al. UAV Path Planning Using Evolutionary Algorithms / Department of Production Engineering and Management Technical University of Crete Kounoupidiana Greece. 4. Nikolos et al. University of Crete Kounoupidiana Greece.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128369 | 2017-08-09 | ||
| RU2017128369 | 2017-08-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2019031993A1 true WO2019031993A1 (en) | 2019-02-14 |
Family
ID=65272374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2018/050095 Ceased WO2019031993A1 (en) | 2017-08-09 | 2018-08-09 | Unmanned aerial vehicle for treating plants |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2019031993A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112109894A (en) * | 2019-06-20 | 2020-12-22 | 咸宁绿生植保服务有限公司 | A fully automatic pesticide spraying UAV and UAV route planning method |
| CN120606982A (en) * | 2025-08-06 | 2025-09-09 | 山西八建集团有限公司 | A UAV measurement and positioning device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471338C2 (en) * | 2010-03-02 | 2013-01-10 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Positioning device of mobile units for cultivating agricultures |
| CN104859858A (en) * | 2015-06-10 | 2015-08-26 | 安静 | Agricultural pesticide application unmanned aerial vehicle |
| CN205045004U (en) * | 2015-10-19 | 2016-02-24 | 河北中科遥感信息技术有限公司 | Special unmanned aerial vehicle of forestry plant diseases and insect pests monitoring prevention and cure |
| RU2586142C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-06-10 | Аслан Узеирович Заммоев | Robotic system for automated aircraft plant chemical treatment and application method thereof |
-
2018
- 2018-08-09 WO PCT/RU2018/050095 patent/WO2019031993A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471338C2 (en) * | 2010-03-02 | 2013-01-10 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Positioning device of mobile units for cultivating agricultures |
| RU2586142C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-06-10 | Аслан Узеирович Заммоев | Robotic system for automated aircraft plant chemical treatment and application method thereof |
| CN104859858A (en) * | 2015-06-10 | 2015-08-26 | 安静 | Agricultural pesticide application unmanned aerial vehicle |
| CN205045004U (en) * | 2015-10-19 | 2016-02-24 | 河北中科遥感信息技术有限公司 | Special unmanned aerial vehicle of forestry plant diseases and insect pests monitoring prevention and cure |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112109894A (en) * | 2019-06-20 | 2020-12-22 | 咸宁绿生植保服务有限公司 | A fully automatic pesticide spraying UAV and UAV route planning method |
| CN120606982A (en) * | 2025-08-06 | 2025-09-09 | 山西八建集团有限公司 | A UAV measurement and positioning device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU179386U1 (en) | Unmanned aerial vehicle for the processing of plants | |
| US11656624B2 (en) | Horticulture aided by autonomous systems | |
| US20240276902A1 (en) | Multi-device agricultural field treatment | |
| US11730089B2 (en) | Horticulture aided by autonomous systems | |
| WO2017131587A9 (en) | System and method for controlling an unmanned vehicle and releasing a payload from the same | |
| CN113811184A (en) | System and method for field treatment and monitoring | |
| CN105035334A (en) | Agricultural unmanned aircraft controlled by Beidou satellite and GPS (global positioning system) | |
| US20100094481A1 (en) | High Integrity Coordination System for Multiple Off-Road Vehicles | |
| CN108919821A (en) | A kind of unmanned plane automatic tour inspection system and method towards scale centralization photovoltaic plant | |
| US11884390B2 (en) | Managing a fleet of spraying aerial vehicles | |
| CN106919178A (en) | A kind of plant protection unmanned plane autonomous flight Path Optimize Installation and its optimization method | |
| CN105182999A (en) | High precision plant protection robot unmanned plane | |
| Ristorto et al. | Monitoring performances and cost estimation of multirotor unmanned aerial systems in precision farming | |
| CN108100277A (en) | Unmanned plane system of defense and method | |
| WO2019031993A1 (en) | Unmanned aerial vehicle for treating plants | |
| Ganesan et al. | Review on the Real-time Implementation of IoT-enabled UAV in Precision Agriculture and the Overview of Collision Avoidance Strategies. | |
| EP4230036A1 (en) | Targeted treatment of specific weed species with multiple treatment devices | |
| Gulak | Implementation of drone for spraying herbicide and pesticide | |
| RU2648696C1 (en) | Agrotechnical complex with unmanned aerial vehicle | |
| CN118977851A (en) | A seeding drone | |
| EP4230037A1 (en) | Multi-device agricultural field treatment | |
| RU2691788C2 (en) | Method for coordination of ground-based mobile automated devices using single centralized control system | |
| RU2436281C2 (en) | System of operational information service of agricultural enterprise using precision farming technology | |
| US20250269959A1 (en) | Systems and methods for performing an agricultural spraying operation | |
| Li et al. | Research on Relative Height Detection System of Plant Protection UAV Based on Kalman Filter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18843400 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18843400 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 21.08.2020) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18843400 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |