RU2637663C1 - Method of aviation laser treatment of plants in vegetation period - Google Patents

Method of aviation laser treatment of plants in vegetation period Download PDF

Info

Publication number
RU2637663C1
RU2637663C1 RU2016131561A RU2016131561A RU2637663C1 RU 2637663 C1 RU2637663 C1 RU 2637663C1 RU 2016131561 A RU2016131561 A RU 2016131561A RU 2016131561 A RU2016131561 A RU 2016131561A RU 2637663 C1 RU2637663 C1 RU 2637663C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
processing
plants
field
unmanned aerial
Prior art date
Application number
RU2016131561A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Геннадьевич Даниловских
Людмила Ивановна Винник
Владислав Михайлович Степанов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority to RU2016131561A priority Critical patent/RU2637663C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2637663C1 publication Critical patent/RU2637663C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: unmanned aircraft with a fixed laser unit is used. The flight trajectories and parameters are entered into the aircraft memory. The device is tied to the terrain at the processing site. The laser treatment of the field is carried out by scanning frame laser radiation. The aircraft return to the takeoff point after carrying out the treatment is ensured.
EFFECT: increasing the treatment efficiency.
1 dwg

Description

Изобретение относится к малой сельскохозяйственной авиации, а именно к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), и может быть использовано для обработки сельскохозяйственных и лесных насаждений лазерным излучением. Изобретение повышает эффективность обработки и позволяет повысить урожайность при снижении затрат на химическую обработку.The invention relates to small agricultural aviation, namely to unmanned aerial vehicles (UAVs), and can be used for processing agricultural and forest plantations with laser radiation. The invention improves the efficiency of processing and allows to increase productivity while reducing the cost of chemical treatment.

Проведенные исследования научной сельскохозяйственной и патентной литературы выявили различные способы обработки сельхоз культур.Studies of scientific agricultural and patent literature have revealed various ways of processing crops.

Так в патенте №1326226 говорится о создании мобильного агрегата, способного перемещаться по полям и облучать десятки гектар в автономном режиме. Такой технологический прием использовали австралийские исследователи еще в начале семидесятых годов (Patent specification №1326226. A method of controlling plant growth by means of a laser / Potts, Kerr and Co. - Published by the Patent Office, 25. - London. WCZAIAY, 1973).So in patent No. 1326226 it is said about the creation of a mobile unit capable of moving across fields and irradiating tens of hectares in standalone mode. This technological technique was used by Australian researchers in the early seventies (Patent specification No. 1326226. A method of controlling plant growth by means of a laser / Potts, Kerr and Co. - Published by the Patent Office, 25. - London. WCZAIAY, 1973 )

В Токийском сельскохозяйственном университете разработали самопередвигающийся робот с лазерной установкой (Kobayashi, Т. A study for robot application in agriculture / T. Kobayashi, K. Tamaki, R. Tajima // J. agr. Sc. TokioNoguoDaigaku. - 1990. - Vol. 35, №1. - P. 80-87). С его помощью проводят различные технологические операции как в теплице, так и в поле.At Tokyo Agricultural University, a self-propelled robot with a laser system was developed (Kobayashi, T. A study for robot application in agriculture / T. Kobayashi, K. Tamaki, R. Tajima // J. agr. Sc. TokioNoguo Daigaku. - 1990. - Vol. 35, No. 1. - P. 80-87). With its help, various technological operations are carried out both in the greenhouse and in the field.

В Казахстане на базе УНПО «Биофизика» (Алма-Ата) разработана специализированная установка лазерной активации посевов сельскохозяйственных культур (Умаров Х.Т. Биофизические и физиологические показатели роста сельскохозяйственных культур под действием гелий-неонового лазера / Х.Т. Умаров, В.М. Инюшин, Н.Н. Федорова, Т.В. Дергач. - Ташкент: ФАН, 1991. - 152 с.). Ее основные элементы - гелий-неоновый лазер (ЛГ-75 или ЛГН-104) и сканирующее устройство, закрепленное на вертикальной подъемной стойке. Вся конструкция, собранная на стальной раме, размещается в кузове транспортного средства, например колесного трактора. Перемещаясь вдоль поля со скоростью 10-15 км/час, лазерная установка облучает значительную поверхность, сканируя лучом с частотой 24-280 Гц перпендикулярно направлению движения трактора. Для различных культур были определены технологические режимы обработки вегетирующих растений.In Kazakhstan, on the basis of the Biophysics Scientific Production Association (Alma-Ata), a specialized installation for laser activation of agricultural crops was developed (Umarov Kh. T. Biophysical and physiological indicators of agricultural growth under the influence of a helium-neon laser / Kh. T. Umarov, V.M. Inyushin, N.N. Fedorova, T.V. Dergach. - Tashkent: FAN, 1991. - 152 p.). Its main elements are a helium-neon laser (LG-75 or LGN-104) and a scanning device mounted on a vertical lifting stand. The entire structure, assembled on a steel frame, is placed in the back of a vehicle, such as a wheeled tractor. Moving along the field at a speed of 10-15 km / h, the laser system irradiates a significant surface by scanning with a beam with a frequency of 24-280 Hz perpendicular to the direction of movement of the tractor. For various crops, technological modes of processing vegetative plants were determined.

В патенте №240663 РФ при помощи специальной рамки лазерную установку навешивают на транспортное средство (трактор), от бортовой сети которого (аккумулятор 12 B) осуществляют питание. Облучение посевов производится при движении трактора по периметру поля или технологической колее (диаметр действия лазерного луча до 800 м). (Пат. №240663 РФ. Способ промышленного возделывания сельскохозяйственных культур с использованием лазерного облучения / П.С. Журба, Т.П. Журба, Е.П. Журба. Опубл. 11.03.2003).In the patent No. 240663 of the Russian Federation, using a special frame, the laser installation is hung on a vehicle (tractor), from the on-board network (battery 12 V) they are powered. Crops are irradiated when the tractor moves along the perimeter of the field or the tramline (the diameter of the laser beam is up to 800 m). (Pat. No. 240663 of the Russian Federation. The method of industrial cultivation of crops using laser irradiation / PS Zhurba, TP Zhurba, EP Zhurba. Publ. March 11, 2003).

Основным недостатком вышеперечисленных способов обработки сельскохозяйственных культур являются их высокозатратность, громоздкость и трудоемкость.The main disadvantage of the above methods of processing crops is their high cost, cumbersomeness and complexity.

Наиболее близким по своей сущности и взятым в качестве прототипа является способ авиационной обработки растений, включающий в себя подготовку жидких ядохимикатов или биопрепаратов, заправку в бак дельталета и распыление жидких биопрепаратов или ядохимикатов над обрабатываемыми растениями с помощью дельталета (см. RU №2190562, Способ авиационной обработки растений / Карасев В.В., Карасева А.Г. Опубл. 10.10.2002).The closest in essence and taken as a prototype is a method of aerial processing of plants, which includes the preparation of liquid pesticides or biological products, refueling in a tank of a deltalet and spraying liquid biological products or pesticides over treated plants using a deltalet (see RU No. 2190562, Aviation method processing plants / Karasev V.V., Karaseva A.G. Publ. 10.10.2002).

Основными недостатками прототипа являются: высокозатратность и трудоемкость подготовки дельталета к обработке растений и перемещение его с одного обрабатываемого поля на другое, участие как минимум пяти человек для обработки растений (2-х пилотов и 3-х человек обслуживающего персонала).The main disadvantages of the prototype are: the high cost and laboriousness of preparing the deltalet for processing plants and moving it from one field to another, the participation of at least five people for processing plants (2 pilots and 3 staff).

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков за счет применение БПЛА, снабженного блоком с полупроводниковым лазером для лазерной обработки вегетирующих растений.The task of the invention is to remedy these disadvantages due to the use of UAVs equipped with a semiconductor laser unit for laser processing of vegetative plants.

В результате решения этой задачи достигаются такие технические результаты, как:As a result of solving this problem, such technical results are achieved as:

- снижение времени на авиационную обработку растений за счет уменьшения времени на обслуживание и подготовку БПЛА к работе;- reducing time for aircraft processing plants by reducing the time for maintenance and preparation of UAVs for work;

- участие одного человека (оператора) для транспортировки, подготовки, обработки растений;- the participation of one person (operator) for transportation, preparation, processing of plants;

- уменьшение затрат на транспортировку БПЛА к месту работы за счет использования обычного автомобиля. Транспортируется БПЛА в кабине, салоне или кузове автомобиля.- reducing the cost of transporting UAVs to the place of work through the use of a conventional car. UAV is transported in the cabin, passenger compartment or car body.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве БПЛА использовался квадрокоптер модели «DJI Phantom 4», время полета с одним аккумулятором 28 минут, взлетный вес 3400 грамм. На БПЛА к интегрированному подвесу крепится блок с двухкоординатным сканирующим лазерным устройством. В блоке лазера формируется сканирующая кадровая развертка лазерного излучения в виде прямоугольного светового пятна размером 50×1 метров. Лазерная обработка осуществляется с высоты полета 15 метров.The task is achieved by the fact that as a UAV a quadcopter of the DJI Phantom 4 model was used, the flight time with one battery was 28 minutes, and the take-off weight was 3400 grams. On the UAV, an integrated suspension with a two-coordinate scanning laser device is attached to the integrated suspension. A scanning frame scan of the laser radiation is formed in the form of a rectangular light spot measuring 50 × 1 meters in the laser unit. Laser processing is carried out from a flight height of 15 meters.

Место нахождения поля, его конфигурация и площадь определяется заранее. На основании этих данных оператор с клавиатуры блока управления заносит в память БПЛА траекторию и параметры полета (скорость полета, высота и конечная точка маршрута).The location of the field, its configuration and area is determined in advance. Based on these data, the operator from the keyboard of the control unit saves the flight path and flight parameters (flight speed, altitude and end point of the route) into the UAV's memory.

Затем оператор на автомобиле осуществляет доставку БПЛА вместе с блоком лазера к месту обработки растений. По прибытии к месту обработки оператор с клавиатуры блока управления заносит в память БПЛА координаты привязки к местности (начальной точке обработки поля). Полет БПЛА проходит полностью в автономном режиме. После входа в начальную точку и набора нужной высоты по команде программы полета включается лазер и БПЛА начинает движение по заранее записанному в памяти маршруту, выполняя лазерную обработку.Then the operator on the car delivers the UAV along with the laser unit to the place of processing plants. Upon arrival at the processing site, the operator from the keyboard of the control unit enters the coordinates of the location (the starting point of field processing) into the UAV's memory. UAV flight takes place completely offline. After entering the starting point and gaining the desired height by the command of the flight program, the laser is turned on and the UAV starts moving along the route recorded in memory in advance, performing laser processing.

Выполнив обработку, программа отключает лазер и возвращает БПЛА в точку, взлетел.Having completed the processing, the program turns off the laser and returns the UAV to the point it took off.

На фиг. 1 схематично показан способ авиационной обработки моркови на поле площадью в 1 гектар. При движении БПЛА со скоростью 0,25 м/с среднее время обработки поля длинною в 200 метров и шириной 50 метров составит 14 минут. Скорость перемещения светового пучка составляла 0,25 м/с при плотности мощности 0,5 Вт/м2.In FIG. 1 schematically shows a method of aerial processing of carrots on a field of 1 hectare. When the UAV moves at a speed of 0.25 m / s, the average processing time for a field 200 meters long and 50 meters wide will be 14 minutes. The speed of movement of the light beam was 0.25 m / s with a power density of 0.5 W / m 2 .

ПримерExample

В качестве исходного материала для опытов была взята морковь сорта Анастасия F1, как одна из основных овощных культур, районированных в Северо-Западном регионе. Обработка моркови производилась в вечернее время дважды в период вегетации в фазу роста розетки листьев и корней.Anastasia F1 carrots were taken as the starting material for the experiments, as one of the main vegetable crops regionalized in the Northwest region. Carrots were processed twice in the evening during the growing season during the growth phase of the rosette of leaves and roots.

Результаты опыта показали существенное превышение по урожайности в опытном варианте по отношению к контролю. Так, урожай корнеплодов в контрольном варианте составил 2,5 кг/м2, а в вариантах с лазерной обработкой урожай составил 3,30-5,35 кг/м2, что выше контроля на 32-114%.The results of the experiment showed a significant excess in yield in the experimental version in relation to the control. So, the root crop yield in the control version was 2.5 kg / m 2 , and in the variants with laser treatment the yield was 3.30-5.35 kg / m 2 , which is 32-114% higher than the control.

Анализ элементов структуры урожайности корнеплодов моркови дает основание судить о том, что урожай был сформирован за счет более высокой густотой стояния растений перед уборкой 43,7 шт./м2, что выше контроля на 105%. А также некоторым повышением массы корнеплода относительно контроля на 4%, длины на 20% и массы листьев (ботвы) на 140%.An analysis of the structural elements of the yield of carrot root crops suggests that the crop was formed due to the higher density of plants standing before harvesting, 43.7 pcs / m 2 , which is 105% higher than the control. As well as a slight increase in the mass of the root crop relative to the control by 4%, length by 20% and the mass of leaves (tops) by 140%.

Биологической особенностью моркови является то, что наиболее быстрый рост подземной части (корня) происходит в начальный период вегетации. Следовательно, лазерная обработка в период вегетации способствовала интенсификации процесса роста корня, так длина корня в среднем увеличилась на 20% и составила 18,2 см. Другой особенностью является то, что урожай моркови создается фактически в последний период вегетации, когда корнеплоды интенсивно растут за счет оттока питательных веществ из листьев. В опытном варианте эта особенность выражена в более высокой массе листьев перед уборкой на 114% относительно контроля.The biological feature of carrots is that the fastest growth of the underground part (root) occurs in the initial period of vegetation. Therefore, laser treatment during the growing season contributed to the intensification of the root growth process, so the root length increased on average by 20% and amounted to 18.2 cm. Another feature is that the carrot crop is created actually in the last growing season, when root crops grow intensively due to outflow of nutrients from leaves. In the experimental version, this feature is expressed in a higher mass of leaves before harvesting by 114% relative to the control.

Данный способ способствует стимулированию развития растений на начальных этапах вегетации и как следствие в более поздних этапах роста. Вместе с тем такой способ обработки дает значительное повышение сохранности корнеплодов без дополнительных капиталовложений в овощехранилище.This method helps to stimulate the development of plants in the initial stages of vegetation and, as a result, in the later stages of growth. However, this processing method gives a significant increase in the safety of root crops without additional investment in the vegetable store.

Данный способ опробован в 2015 г. на овощном опытном участке фермерского хозяйства «Городок» совхоза «Ташкентский» Новгородской области.This method was tested in 2015 at the vegetable experimental plot of the Gorodok farm of the Tashkent state farm in the Novgorod region.

Claims (1)

Способ авиационной лазерной обработки растений в период вегетации, включающий доставку летательного аппарата к месту обработки растений, отличающийся тем, что используют беспилотный летательный аппарат с закрепленным на нем блоком лазера, с блока управления в память беспилотного летательного аппарата заносят данные о траектории и параметрах полета, производят привязку беспилотного летательного аппарата к местности в месте обработки поля и осуществляют лазерную обработку выбранного поля сканирующим кадровым лазерным излучением в виде прямоугольного светового пятна размером 50×1 метров с высоты полета 15 метров, после осуществления обработки беспилотный летательный аппарат возвращается в точку взлета.A method of aviation laser processing of plants during the growing season, including the delivery of an aircraft to a plant treatment site, characterized in that they use an unmanned aerial vehicle with a laser unit mounted on it, from the control unit in the memory of the unmanned aerial vehicle enter data on the trajectory and flight parameters, produce the unmanned aerial vehicle is linked to the terrain at the field processing site and laser processing of the selected field is carried out by scanning frame laser radiation in de rectangular light spot size of 50 × 1 meter altitude of 15 meters, after the drone processing returns to the takeoff point.
RU2016131561A 2016-08-01 2016-08-01 Method of aviation laser treatment of plants in vegetation period RU2637663C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131561A RU2637663C1 (en) 2016-08-01 2016-08-01 Method of aviation laser treatment of plants in vegetation period

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131561A RU2637663C1 (en) 2016-08-01 2016-08-01 Method of aviation laser treatment of plants in vegetation period

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2637663C1 true RU2637663C1 (en) 2017-12-06

Family

ID=60581455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016131561A RU2637663C1 (en) 2016-08-01 2016-08-01 Method of aviation laser treatment of plants in vegetation period

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637663C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740543C1 (en) * 2020-06-22 2021-01-15 Михаил Геннадьевич Даниловских Method for laser treatment of plants with unmanned aerial vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2190562C2 (en) * 2000-04-14 2002-10-10 Ульяновский государственный технический университет Method of aviation treatment of plants
RU2240663C1 (en) * 2003-03-11 2004-11-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Биолазер" Method for commercial cultivation of farm crops with the use of laser radiation
RU2342284C2 (en) * 2007-01-26 2008-12-27 Сергей Юрьевич Козьяков Complex for aviation chemical works
KR20110121232A (en) * 2010-04-30 2011-11-07 경북대학교 산학협력단 An unmanned helicopter for spraying chemical
RU2586142C1 (en) * 2015-04-06 2016-06-10 Аслан Узеирович Заммоев Robotic system for automated aircraft plant chemical treatment and application method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2190562C2 (en) * 2000-04-14 2002-10-10 Ульяновский государственный технический университет Method of aviation treatment of plants
RU2240663C1 (en) * 2003-03-11 2004-11-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Биолазер" Method for commercial cultivation of farm crops with the use of laser radiation
RU2342284C2 (en) * 2007-01-26 2008-12-27 Сергей Юрьевич Козьяков Complex for aviation chemical works
KR20110121232A (en) * 2010-04-30 2011-11-07 경북대학교 산학협력단 An unmanned helicopter for spraying chemical
RU2586142C1 (en) * 2015-04-06 2016-06-10 Аслан Узеирович Заммоев Robotic system for automated aircraft plant chemical treatment and application method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740543C1 (en) * 2020-06-22 2021-01-15 Михаил Геннадьевич Даниловских Method for laser treatment of plants with unmanned aerial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7154211B2 (en) Systems and methods for mapping and building databases for harvesting and dilution using aerial drones
Krishna Push button agriculture: Robotics, drones, satellite-guided soil and crop management
US10681905B2 (en) Robot vehicle and method using a robot for an automatic treatment of vegetable organisms
CN107258740A (en) A kind of comprehensive self-propelled spray drug operation device
US11147257B2 (en) Software process for tending crops using a UAV
CN203040507U (en) Flame weeding and deinsectization device
JP2017012137A (en) Pollination method and pollination system
CN113395896B (en) Working device
US20230029636A1 (en) Unmanned aerial vehicle
RU2637663C1 (en) Method of aviation laser treatment of plants in vegetation period
WO2018108696A1 (en) Spaying device
RU156677U1 (en) SELF-PROPELLED ROBOT - SPRAYER FOR TREATMENT OF STRAWBERRY PLANTS AND OTHER LOW-GROWING CROPS
Khort et al. Automated mobile hot mist generator: a quest for effectiveness in fruit horticulture
CN206909518U (en) A kind of comprehensive self-propelled spray drug operation device
Sarri et al. AgroBot smash a robotic platform for the sustainable precision agriculture
Konam et al. Design encompassing mechanical aspects of ROTAAI: Robot to aid agricultural industry
RU2740543C1 (en) Method for laser treatment of plants with unmanned aerial vehicle
RU2186003C2 (en) Aerostat
RU2714705C1 (en) Forest restoration method
Carreck et al. Tracking bees with radar
RU2704142C1 (en) Device and method of unmanned aerial technology control of agricultural objects in ecosystems
US20220394931A1 (en) Unmanned aerial vehicle
CH719874A1 (en) Plant pest control system.
Kutsenko et al. Timeliness, quality and efficiency are the passport to success of small aviation.
Novikov et al. Frontier technique of creating protective forests stands around nurseries on inefficient sites: technological foundations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180802