RU2693255C1 - Technique for remote reconnaissance diagnostics of providing plants with nitrogen (using a multispectral camera and unmanned aerial vehicles) - Google Patents

Technique for remote reconnaissance diagnostics of providing plants with nitrogen (using a multispectral camera and unmanned aerial vehicles) Download PDF

Info

Publication number
RU2693255C1
RU2693255C1 RU2018125365A RU2018125365A RU2693255C1 RU 2693255 C1 RU2693255 C1 RU 2693255C1 RU 2018125365 A RU2018125365 A RU 2018125365A RU 2018125365 A RU2018125365 A RU 2018125365A RU 2693255 C1 RU2693255 C1 RU 2693255C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
field
ground
plants
uav
data
Prior art date
Application number
RU2018125365A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Абрамов
Дмитрий Александрович Андряков
Сергей Геннадьевич Кладко
Дмитрий Трофимович Рубин
Дмитрий Михайлович Михайлов
Александр Владимирович Труфанов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АгроДронГрупп"
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 Общество с ограниченной ответственностью "АгроДронГрупп" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АгроДронГрупп"
Priority to RU2018125365A priority Critical patent/RU2693255C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2693255C1 publication Critical patent/RU2693255C1/en
Priority to PCT/RU2019/050111 priority patent/WO2020013736A1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01CPLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C21/00Methods of fertilising, sowing or planting
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/40Extraction of image or video features
    • G06V10/42Global feature extraction by analysis of the whole pattern, e.g. using frequency domain transformations or autocorrelation

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to agriculture, in particular to methods for reconnaissance diagnostics of plants state using unmanned aerial vehicles (UAV) to obtain photometric data. In the method, a reference area is formed next to the diagnosed field, wherein the platform has a homogeneous surface and is marked with markers. Control areas marked with markers are formed in the area of the diagnosed area. Reference sites have different degree of plant density. Method includes aerial survey of plant growth zone by means of UAV equipped with multichannel chamber, UAV overlap shooting area is equal to 60 %. Using UAV, multispectral images of the field are obtained with reference to geographical coordinates of the survey areas. Plant ground measurement is carried out using an N-tester on the above control field sites to obtain data on nitrogen content in plant leaves. Ground-based measurement of spectral brightness of point objects on a reference area and values of spectral brightness of the calibration panel is carried out using a spectroradiometer. Determining the terrestrial coefficients of spectral brightness (CSB) by dividing the measurement results of the sections on the reference site with a spectroradiometer to the result of measuring the calibration panel by itself with bringing the result to range of 0–1 (0–100 %). Data of aerial photography and ground measurements are transmitted to a computing device and processed, during which a multispectral orthophotomap of the diagnosed field is formed from aerial survey data. Calculating atmospheric correction values for each pixel of orthophotomap by regressing initial values of brightness of pixels obtained directly during aerial photography, to CSB obtained during ground measurements of reference sites included in the orthophotomap. Map of vegetation index NDVI or GNDVI displaying nitrogen content in plants of the diagnosed field is plotted. Calibration of the obtained maps is performed using data of ground measurement of reference sites.
EFFECT: method provides higher accuracy of plants status determination.
1 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

[1] Заявленное техническое решение относится к области сельского хозяйства, в частности, к методам рекогносцировочной диагностики состояния растений с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для получения фотометрических данных.[1] The claimed technical solution relates to the field of agriculture, in particular, to methods of reconnaissance diagnostics of the state of plants using unmanned aerial vehicles (UAVs) for obtaining photometric data.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

[2] Диагностика состояния растений, например, минерального, прежде всего азотного, питания растений является приоритетным направлением агрохимической науки и земледельческой практики [1]. Для определения потребности сельскохозяйственных культур в таких основных элементах питания, как фосфор и калий, широко применялась почвенная диагностика, т.е. определение в почвах подвижных форм этих элементов, на основании которой рассчитывались дозы соответствующих видов и форм удобрений. Почвенная диагностика применялась также и для выявления нуждаемости растений в азотных удобрениях, главным образом в допосевной период или в начале активной вегетации культур. Но в отличие от содержания подвижных форм фосфора и калия, характеризующегося относительной стабильностью даже в течение нескольких лет, содержание доступных для питания растений соединения азота в почвах требует постоянного контроля в течение каждого вегетационного периода из-за неустойчивости во времени, динамичности данного показателя, с одной стороны, и особой требовательности растений к азоту почти в течение всей их вегетации, с другой.[2] Diagnostics of the state of plants, for example, mineral, primarily nitrogen, plant nutrition is a priority of agrochemical science and agricultural practice [1]. Soil diagnostics were widely used to determine the need of crops for such basic nutrients as phosphorus and potassium, i.e. determination of the mobile forms of these elements in soils, on the basis of which the doses of the respective types and forms of fertilizers were calculated. Soil diagnostics was also used to identify the need of plants for nitrogen fertilizers, mainly in the pre-sowing period or at the beginning of the active growing season of crops. But in contrast to the content of mobile forms of phosphorus and potassium, which is characterized by relative stability even for several years, the content of nitrogen compounds available for plant nutrition in soils requires constant monitoring during each vegetation period due to the instability over time, the dynamics of this indicator side, and the special requirements of plants to nitrogen almost throughout their growing season, on the other.

[3] Как правило, азотные удобрения вносят в почву ранней весной непосредственно перед посевом яровых культур или поверхностно в начале вегетации озимых зерновых, ориентируясь на данные агрохимического обследования почв, включая оперативную диагностику. В критические периоды вегетации (кущение-ветвление, трубкование – стеблевание, колошение-цветение, формирование семян) для оптимизации азотного питания зерновых и других сельскохозяйственных культур проводятся вегетационные подкормки азотными удобрениями по данным химических методов растительной диагностики – стеблевой и листовой [2, 3]. [3] As a rule, nitrogen fertilizers are applied to the soil in early spring immediately before sowing of spring crops or superficially at the beginning of the growing season of winter crops, focusing on the data of agrochemical soil surveys, including operational diagnostics. During the critical periods of vegetation (tillering-branching, booting-stinging, earing-flowering, seed formation), vegetative dressing with nitrogenous fertilizers according to chemical methods of plant diagnostics, stem and leaf, is carried out to optimize the nitrogen nutrition of grain and other crops [2, 3].

[4] В последние десятилетия все большее значение, особенно за рубежом, наряду с химическими, приобретают физические, а именно фотометрические, методы диагностики азотного питания посевов, основанные на связи интенсивности зеленой окраски растений с обеспеченностью их азотом [4]. Фотоприемниками диагностических приборов фиксируется или концентрация хлорофилла в индикаторных органах растений, или интенсивность его флуоресценции. В результате тематической обработки данных контактного или дистанционного определения этих показателей рассчитывается потребность определенных сельскохозяйственных культур в азотных удобрениях в тот или иной период их вегетации. При этом наибольшее распространение получил расчет так называемого вегетационного индекса (NDVI), представляющего отношение разности между величинами инфракрасного и красного спектров электромагнитного отражения солнечного или искусственного света от растений к их сумме. [4] In recent decades, along with chemical methods, physical, namely photometric, methods for diagnosing nitrogen nutrition in crops, based on the relationship between the intensity of the green color of plants and their nitrogen supply, have become ever more important [4]. Photodetectors of diagnostic devices record either the concentration of chlorophyll in the indicator organs of plants, or the intensity of its fluorescence. As a result of the thematic processing of contact or remote determination of these indicators, the need of certain crops for nitrogen fertilizers is calculated during a particular growing season. The most widely used is the calculation of the so-called vegetation index (NDVI), which represents the ratio of the difference between the values of the infrared and red spectra of electromagnetic reflection of solar or artificial light from plants to their sum.

[5] Детекторами электромагнитного излучения биомассой растений служат фотометрические устройства различной конструкции, используемые в качестве портативных (ручных) приборов (европейские «YARA», «CropCircle», американские ССМ-200, ССМ-1000, «GreenSeeker», отечественные модели – однолучевой и двулучевой «Спектролюкс»), а также в виде мобильных N-сенсоров, устанавливаемых на агрегатах по внесению удобрений («YARA», «ALS»), и многозональные фотометры, устанавливаемые на авиационных или космических платформах. Из видов космической съемки выделяются фотографирование и ТВ-съемка с длиной фиксируемых волн – 0,3 – 1,1 мкм, спектрометрическая индикация – 0,3 – 3,0 мкм, инфракрасная индикация – 3 – 300 мкм, микроволновая индикация – 0,3 – 10 см, радарная индикация – 10 - 70 см. Например, российский спутник «Ресурс-02Д» оснащен многозональным сканирующим устройством «АДАПТОН» со спектральным диапазоном от 0,5 до 2,4 мкм с разрешением на местности 30 м, видеоспектрометрической аппаратурой «ВС» со спектральным диапазоном от 0,4 до 1,0 мкм и разрешением 30 м, сканирующим устройством сверхвысокого разрешения «ВЗОР» со спектральным диапазоном 0,5 – 0,9 мкм и разрешением 2 м в панхроме и 4 м – в спектре с общим количеством спектральных каналов 266. Спектрометрическая или радарная информация, получаемая тем или иным способом, используется разными отраслями народного хозяйства. Исследования показали, что наземная и авиакосмическая съемки могут с успехом применяться для диагностики азотного питания растений [5]. [5] Electromagnetic radiation detectors of plant biomass are photometric devices of various designs used as portable (hand-held) devices (European YARA, CropCircle, American SSM-200, SSM-1000, GreenSeeker, domestic models are single-beam and dual-beam "Spectrolux"), as well as mobile N-sensors installed on fertilizer spreaders ("YARA", "ALS"), and multi-zone photometers installed on aviation or space platforms. Of the types of space imagery, photographing and TV shooting with a fixed wavelength of 0.3–1.1 μm, spectrometric display — 0.3–3.0 μm, infrared display — 3– 300 μm, microwave display — 0.3 - 10 cm, radar indication - 10 - 70 cm. For example, the Russian Resurs-02D satellite is equipped with the ADAPTON multi-zone scanning device with a spectral range from 0.5 to 2.4 μm with a resolution of 30 m on the ground, video-spectrometry equipment “ Sun "with a spectral range from 0.4 to 1.0 microns and a resolution of 30 m, scanning device Ultra high resolution VZOR with a spectral range of 0.5–0.9 μm and a resolution of 2 m in the panchrome and 4 m in the spectrum with a total number of 266 spectral channels. Spectrometric or radar information obtained in one way or another is used by different industries National economy. Studies have shown that ground and aerospace surveys can be successfully used to diagnose nitrogen nutrition of plants [5].

[6] Однако, несмотря на значительные преимущества по сравнению с традиционной химической диагностикой, и наземная, и космическая индикация обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом имеют определенные ограничения: наземная – по масштабности охвата, авиакосмическая – по временным параметрам. В то же время было показано, что для фотометрического обследования посевов более всего подходит использование низколетящей авиации, в частности вертолетов, хотя и ее применение имеет существенное ограничение – по стоимости диагностических работ. В данном отношении наиболее перспективным представляется использование для оперативной диагностики азотного питания растений беспилотных летательных аппаратов - БПЛА, снабженных соответствующей фотометрической аппаратурой.[6] However, despite significant advantages over traditional chemical diagnostics, both the ground and space indication of nitrogen supply of crops have certain limitations: ground - on the scale of coverage, aerospace - on time parameters. At the same time, it was shown that low-flying aircraft, in particular helicopters, are the most suitable for photometric surveys of crops, although its use has a significant limitation on the cost of diagnostic work. In this respect, the use of unmanned aerial vehicles, UAVs equipped with appropriate photometric equipment, for the prompt diagnosis of nitrogen nutrition of plants is the most promising.

[7] Частные применения БПЛА для диагностики, в частности, азотного питания растений, известны, например, из заявки US20150254800A1 (FI2 Solutions LLC, 10.09.2015). Данное решение раскрывает общие принципы применения индекса NDVI, получаемого с помощью аэросъемки БПЛА, с его последующей корреляцией для прогнозирования индекса насыщения азотом растений. Данный подход имеет достаточно большую погрешность в точности, поскольку не предусматривает коррекцию получаемого ортофотоплана, по которому строится карта индекса NVDI, а также не предусматривает калибровку аппаратуры БПЛА на основании данных наземной фотометрической диагностики. [7] Private applications of UAVs for diagnostics, in particular, nitrogen nutrition of plants, are known, for example, from application US20150254800A1 (FI2 Solutions LLC, 09/10/2015). This solution reveals the general principles of applying the NDVI index obtained by aerial photography of UAVs, with its subsequent correlation to predict the nitrogen saturation index of plants. This approach has a sufficiently large error in accuracy, since it does not provide for the correction of the resulting orthophotomap, which is used to build the NVDI index map, and also does not provide for calibration of UAV equipment based on ground-based photometric diagnostics data.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF INVENTION

[8] Решаемой технической проблемой является обеспечение нового, более точного и универсального способа рекогносцировочной диагностики состояния растений с применением БПЛА, а также расширение возможности анализа различных показателей состояния растений. [8] The technical problem to be solved is the provision of a new, more accurate and universal method of reconnaissance diagnostics of the state of plants using UAVs, as well as expanding the possibility of analyzing various indicators of the condition of plants.

[9] Техническим результатом является повышение точности определения состояния растений с помощью фотометрической информации, получаемой в ходе аэросъемки БПЛА, за счет осуществления калибровки фотометрического оборудования БПЛА на основании данных наземной фотометрической диагностики и коррекции данных аэросъемки путем их приведения к коэффициентам спектральной яркости (КСЯ), измеренным наземным спектрорадиометром на эталонных площадках.[9] The technical result is to improve the accuracy of determining the state of plants using photometric information obtained during aerial surveys of a UAV, by calibrating photometric equipment of UAVs based on ground-based photometric diagnostics and correcting aerial data by reducing them to spectral brightness coefficients (CLS), measured ground-based spectroradiometer on the reference sites.

[10] Заявленный результат достигается за счет способа рекогносцировочной диагностики состояния растений на полях, содержащего этапы, на которых:[10] The stated result is achieved due to the method of reconnaissance diagnostics of the state of plants on the fields, which contains the steps in which:

- формируют эталонную площадку рядом с диагностируемым полем, причем площадка содержит однородную поверхность и отмечается маркерами;- form a reference area next to the diagnosed field, and the area contains a uniform surface and marked with markers;

- в области диагностируемого поля формируют контрольные площадки, отмечаемые маркерами, причем контрольные площадки имеют различную степень густоты растений; - in the field of the diagnosed field form control sites, marked with markers, and control sites have varying degrees of plant density;

- осуществляют аэросъемку зоны произрастания растений с помощью БПЛА, оборудованного многоканальной камерой, причем зона перекрытия съемки БПЛА равна 60%; - carry out aerial surveys of the growing area of plants using a UAV, equipped with a multi-channel camera, and the overlap zone of the shooting UAV is 60%;

- получают с помощью БПЛА мультиспектральные снимки поля с привязкой к географическим координатам областей съемки;- using the UAV, multispectral images of the field are obtained with reference to the geographic coordinates of the survey areas;

- выполняют наземное измерение растений с помощью N-тестера на упомянутых контрольных площадках поля с получением данных содержания азота в листьях растений;- perform a ground-based measurement of plants using an N-tester on the above-mentioned control plots of the field to obtain data on the nitrogen content in the leaves of plants;

- выполняют с помощью спектрорадиометра наземное измерение значений спектральной яркости точечных объектов на эталонной площадке и значений спектральной яркости калибровочной панели;- using a spectroradiometer to perform ground-based measurements of the values of the spectral brightness of point objects on the reference platform and the values of the spectral brightness of the calibration panel;

- определяют наземные коэффициенты спектральной яркости (КСЯ) путем деления результатов измерения участков на эталонной площадке спектрорадиометром на результат измерения калибровочной панели им же, и приведения результата к диапазону 0-1 (0-100%).- determine the ground-based spectral brightness coefficients (CLS) by dividing the results of measuring the areas on the reference platform with a spectroradiometer by the measurement result of the calibration panel with the same name, and bringing the result to the range of 0-1 (0-100%).

- передают данные аэросъемки и данные наземных измерений в вычислительное устройство, и осуществляют их обработку, в ходе которой:- transmit aerial survey data and ground-based measurement data to a computing device, and process them, during which:

- формируют по данным аэросъемки мультиспектральный ортофотоплан диагностируемого поля;- form a multispectral orthophotomap of the diagnosed field according to aerial survey data;

- вычисляют атмосферно скорректированные КСЯ для каждого пиксела ортофотоплана, путем регрессии исходных значений яркости пикселов, получаемых непосредственно при авиасъемке, к КСЯ, полученных при наземных измерениях эталонных площадок, входящих в ортофотоплан;- calculate the atmospheric corrected KLS for each pixel of the orthophotomap, by regressing the initial brightness values of the pixels obtained directly during the aerial survey, to the QLS, obtained by ground measurements of the reference sites included in the orthophotomap;

- осуществляют построение карты вегетационного индекса NDVI или GNDVI, отображающую содержание азота в растениях диагностируемого поля; и - carry out the construction of a map of the vegetation index NDVI or GNDVI, showing the nitrogen content in plants of the diagnosed field; and

- выполняют калибровку полученных карт с помощью данных наземного измерения эталонных площадок. - perform calibration of the obtained maps using ground-based measurement data of reference sites.

[11] В одном из частных примеров реализации настоящего решения на этапе построения карт вегетационного индекса дополнительно определяют по меньшей мере один из следующих показателей, выбираемого из группы: количество надземной фитомассы растений, густота всходов.[11] In one of the particular examples of the implementation of this solution, at the stage of constructing maps of the vegetation index, at least one of the following indicators selected from the group is determined: the number of elevated plant phytomass, density of seedlings.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[12] Фиг. 1 иллюстрирует общую схему осуществления заявленного решения.[12] FIG. 1 illustrates the general scheme for implementing the claimed solution.

[13] Фиг. 2 иллюстрирует процесс передачи данных в основное вычислительное устройство.[13] FIG. 2 illustrates the process of transferring data to a primary computing device.

[14] Фиг. 3 иллюстрирует общий вид элементов БПЛА.[14] FIG. 3 illustrates a general view of the elements of the UAV.

[15] Фиг. 4 иллюстрирует общий вид вычислительного устройства.[15] FIG. 4 illustrates a general view of a computing device.

[16] Фиг. 5 иллюстрирует блок-схему работы алгоритма построения карт отображения состояния растений.[16] FIG. 5 illustrates a flowchart of the algorithm for constructing maps of the state of plants.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

[17] Как представлено на Фиг. 1, основными элементами, обеспечивающими реализацию заявленного способа диагностики состояния растений на поле (10), являются БПЛА (20), наземный спектрометр (30) и N-тестер (30). [17] As shown in FIG. 1, the main elements ensuring the implementation of the claimed method for diagnosing the state of plants on the field (10) are the UAV (20), the ground-based spectrometer (30) and the N-tester (30).

[18] В качестве наземного спектрометра (30) может использоваться, например, OceanOptics USB 2000+, Maya и аналоги, охватывающие весь волновой диапазон мультиспектральной камеры, установленной на БПЛА, и имеющие необходимый показатель чувствительность. В качестве N-тестера (40) может использоваться, например, Spad 502 Plus, Yara или их аналоги.[18] As a ground-based spectrometer (30), for example, OceanOptics USB 2000+, Maya and analogs can be used, covering the entire wave range of a multispectral camera mounted on a UAV, and having the required sensitivity. As an N-tester (40), for example, Spad 502 Plus, Yara or their analogues can be used.

[19] БПЛА (20) может представляться собой летательный аппарат вертолетного или самолётного типа, например, БПЛА (20) разработки ООО «АгроДронГрупп», такие как: Phantom 4 Pro или Орлан (http://agrodronegroup.ru/).[19] The UAV (20) can be a helicopter or aircraft type aircraft, for example, a UAV (20) developed by AgroDronGroup, such as: Phantom 4 Pro or Orlan (http://agrodronegroup.ru/).

[20] На первой стадии реализации заявленного решения выполняются наземные работы до получения данных аэросъемки с помощью БПЛА (20). [20] At the first stage of the implementation of the declared solution, ground works are performed before obtaining aerial survey data using UAVs (20).

[21] Рядом с диагностируемым полем (10) подготавливается одна или несколько тестовых площадок (110, 111), каждая из которых отмечается белыми маркерами, что обеспечивает их точную идентификацию на снимках. Площадка (110, 111) подготавливается размером, примерно, 7х5 метров и должна содержать однородную поверхность средней яркости. В качестве тестовой площадки (110, 111) может выступать, например, грунтовая или асфальтовая дорога, участок вспаханного поля без растительности. При выполнении аэросъемки тестовая площадка (110, 111) должна попасть в зону съемки. [21] Next to the diagnosed field (10), one or several test pads (110, 111) are prepared, each of which is marked with white markers, which ensures their exact identification in the images. The site (110, 111) is prepared with a size of approximately 7x5 meters and should contain a uniform surface of medium brightness. For example, a dirt or asphalt road, a section of a plowed field without vegetation can act as a test site (110, 111). When performing aerial surveys, the test pad (110, 111) should fall into the survey area.

[22] Калибровка фотометрических приборов (камер, спектрометров), т.е. создание шкал, которые должны показывать уровни обеспеченности растений той или иной сельскохозяйственной культуры азотным питанием - наиболее трудоемкая, важная и ответственная операция во всей технологической цепочке практической диагностики азотного питания растений. [22] Calibration of photometric instruments (cameras, spectrometers), i.e. the creation of scales that should show the levels of plant nutrition of a particular crop with nitrogen nutrition is the most time-consuming, important and responsible operation in the whole technological chain of practical diagnostics of nitrogen nutrition of plants.

[23] Схемы полевых опытов должны состоять из вариантов, представляющих дозы аммиачной селитры или других азотных удобрений в действующем веществе, т.е. азоте (N) от нулевой (N0) до предположительно оптимальной или превышающей оптимум, например, N 120- 150 кг/га. Поскольку для калибровки приборов не требуются большие площади посева, то полевые опыты закладываются с внутриполевыми контрольными площадками для каждого варианта площадью несколько квадратных метров, например, 40 м2 (4 м х 10 м). Если перед полевым опытом ставятся еще какие-либо задачи, например, экологические или экономические, то каждый вариант удобрения такого научного опыта закладывают в трехкратной – четырехкратной повторности. Если задача ограничивается только калибровкой фотометрического прибора, то производится закладка так называемого производственного (научно-производственного) полевого опыта в одно-двукратной повторности для упрощения технологических операций.[23] Field experiments should consist of variants representing doses of ammonium nitrate or other nitrogen fertilizers in the active substance, i.e. nitrogen (N) from zero (N0) to supposedly optimal or exceeding optimum, for example, N 120-150 kg / ha. Since the calibration of devices does not require large areas of sowing, field experiments are laid with field-field control sites for each variant of several square meters, for example, 40 m2 (4 mx 10 m). If any other tasks are put before the field experience, for example, ecological or economic, then each variant of the fertilizer of such scientific experience is laid in triplicate or quadruplicate. If the task is limited only to the calibration of a photometric device, then a bookmark of the so-called production (scientific and production) field experience in a one-to-two repetition is made to simplify technological operations.

[24] В разных местах поля (10), в частности, с низкой, высокой и средней густотой растений, размечаются маркерами, хорошо различимыми на аэросъёмке, внутриполевые контрольные площадки (101) – (106). Внутриполевые площадки (101) - (106) изготавливаются, предпочтительно, в количестве 7-10 шт. размером 5х5 метров. [24] In different places of the field (10), in particular, with low, high and medium plant density, are marked with markers, clearly distinguishable on aerial photography, field field control sites (101) - (106). Intra-field areas (101) - (106) are manufactured, preferably, in the amount of 7-10 pieces. size 5x5 meters.

[25] Следующим шагом является подготовка БПЛА (20) к выполнению аэросъемки. Выполняется настройка датчиков БПЛА (20) к съёмке, в ходе которой, осуществляется калибровка и настройка сенсоров камеры БПЛА (20) по сертифицированной калибровочной панели. Далее в память БПЛА (20) загружается полётное задание с указанием координат поля (10). Производится установка высоты полёта, которая зависит от летательного средства, использующегося для выполнения аэросъемки. Например, в случае использования БПЛА в виде коптера, высота его полета устанавливается не выше 100 м, и перекрытие съёмки 60%. При использовании БПЛА самолётного типа, высота его полета может превышать упомянутое значение. После выполненной настройки БПЛА (20) он запускается для выполнения в автоматизированном режиме аэросъёмки.[25] The next step is to prepare the UAV (20) for aerial surveys. The UAV sensors (20) are set up for shooting, during which, the UAV camera sensors (20) are calibrated and adjusted using a certified calibration panel. Then a flight task is loaded into the memory of the UAV (20) with an indication of the coordinates of the field (10). The flight altitude is set, depending on the aircraft used to perform the aerial survey. For example, in the case of using a UAV in the form of a kopter, the height of its flight is set no higher than 100 m, and the overlap of the shooting is 60%. When using an aircraft type UAV, its flight altitude may exceed the mentioned value. After the setup of the UAV (20) has been completed, it is launched to perform aerial filming in an automated mode.

[26] Скорость перемещения БПЛА (20) зависит от высоты полета и скорости его работы (выполнении снимков заданных участков поля), что определяется по данным автономного маршрута БПЛА (20), в частности, траектории его работы, а также продольного перекрытия - частоты кадров, и поперечного перекрытия - расстояния между зонами пролета.[26] The speed of movement of the UAV (20) depends on the flight altitude and speed of its work (taking pictures of specified areas of the field), which is determined according to the data of the autonomous route of the UAV (20), in particular, the trajectory of its work, as well as the longitudinal overlap - frame rate , and transverse overlap - the distance between the zones of flight.

[27] Во время осуществления аэросъемки проводятся также наземные работы, которые заключаются в измерении коэффициентов спектральной яркости поверхности тестовой площадки (110, 111) с однородной поверхностью средней яркости (7-10 точек) наземным спектрометром (30). Полученные показатели используются потом для внесения атмосферной коррекции в результаты спектральной аэросъёмки. [27] During the aerial survey, ground-based work is also carried out, which consists in measuring the spectral brightness coefficients of the surface of the test site (110, 111) with a uniform surface of medium brightness (7-10 points) using the ground-based spectrometer (30). The obtained indicators are then used to make atmospheric correction in the results of spectral aerial photography.

[28] Измерения на тестовой площадке (110, 111) чередуются частыми измерениями сертифицированной калибровочной панели (не менее одного измерения спектра панели до и после 10 измерений объекта при стабильном освещении или измерение спектра панели до и после каждого измерения объекта при меняющемся освещении, например, переменной облачности).[28] Measurements at the test site (110, 111) alternate with frequent measurements of a certified calibration panel (at least one measurement of the spectrum of the panel before and after 10 measurements of an object with stable lighting or measurement of the spectrum of a panel before and after each measurement of an object with changing lighting, for example variable cloud cover).

[29] На внутриполевых контрольных площадках (101) – (106) с помощью N-тестера (40) выполняются измерения содержания азота в листьях растений. Количество измерений может быть различным и зависит от типа растения, например, для озимой пшеницы во флаговых листьях осуществляется не менее 30 измерений. [29] At the intra-field control sites (101) - (106), the N content of the plant leaves is measured using an N-tester (40). The number of measurements may be different and depends on the type of plant, for example, for winter wheat in flag leaves, at least 30 measurements are carried out.

[30] Прежде всего, в специальных полевых опытах выявлялся характер зависимости состояния культур от возрастающих доз азотных удобрений, так как именно данный показатель должен быть положен в основу логических и статистических оценок фотометрической диагностики азотного питания растений. В результате исследований устанавливалась зависимость фотометрических показателей от возрастающих доз азотных удобрений, вносимых под сельскохозяйственные культуры, соотношение с другими диагностическими показателями, изучаемыми в этих полевых опытах, связь с урожайностью и качеством культур.[30] First of all, in special field experiments, the nature of the dependence of the state of crops on increasing doses of nitrogen fertilizers was identified, since this indicator should be the basis of logical and statistical evaluations of the photometric diagnosis of nitrogen nutrition of plants. As a result of studies, the dependence of photometric indicators on increasing doses of nitrogen fertilizers applied to agricultural crops, the relationship with other diagnostic indicators studied in these field experiments, the relationship with crop yield and crop quality was established.

[31] Характерно, что показания N-тестеров в течение вегетации сельскохозяйственных культур несколько снижаются, что связано с постепенным уменьшением содержания хлорофилла, т.е. переходом растений от новообразования органических веществ к их транспортировке из вегетативных органов в генеративные с соответствующей биохимической трансформацией. Об этом свидетельствуют, в частности, результаты фотометрии горчицы белой (рис. 4). При переходе от фазы начала цветения к фазе формирования семян показания N-тестера «Яра» заметно снизились, причем зависимость от доз азотных удобрений, внесенных под культуру, даже возросла, что обусловлено высокой зависимостью формирования биомассы горчицы от обеспеченности растений азотом. В фазу начала цветения коэффициент корреляции показаний фотометра при диагностике листьев горчицы с дозами азота равнялся 0,78, в фазу конца цветения – 0,91, а в фазу формирования семян достиг 0,94. Из этого следует, что показания фотометров отражают реальную обеспеченность растений азотным питанием, в свою очередь влияющим на урожайность сельскохозяйственных культур. Иначе говоря, высокая статистическая и биологически апробированная достоверность зависимости показаний N-тестеров от доз азотных удобрений служит научной основой диагностики азотного питания растений, что позволяет отказаться от сложных и трудоемких, к тому же небезопасных для здоровья ручных операций растительной диагностики, и в известной степени роботизировать диагностические процессы.[31] It is characteristic that the testimony of N-testers somewhat decreases during the growing season of crops, which is associated with a gradual decrease in the content of chlorophyll, i.e. the transition of plants from the growth of organic substances to their transportation from vegetative organs to generative ones with an appropriate biochemical transformation. This is evidenced, in particular, by the results of photometry of white mustard (Fig. 4). During the transition from the beginning of flowering to the seed formation phase, the N-tester Nara testimony noticeably decreased, and the dependence on the doses of nitrogen fertilizers added to the crop even increased, due to the high dependence of the mustard biomass on the availability of nitrogen. In the beginning of flowering phase, the correlation coefficient of the photometer in the diagnosis of mustard leaves with nitrogen doses was 0.78, in the end of flowering phase, 0.91, and in the seed formation phase, it reached 0.94. From this it follows that the readings of the photometers reflect the real supply of plants with nitrogen nutrition, which in turn affects the yield of agricultural crops. In other words, high statistical and biologically validated reliance of N-testers on doses of nitrogen fertilizers serves as the scientific basis for diagnosing nitrogen nutrition of plants, which makes it possible to abandon complex and time-consuming manual operations of plant diagnostics unsafe for health, and to a certain extent to robotize diagnostic processes.

[32] Также на каждой внутриполевой площадке (101) – (106) может осуществляться [32] Also, at each inner-field site (101) - (106),

(с помощью видеокамеры, смартфона и т.п.): общая фотография поля, которая характеризует равномерность всходов, с привязкой ГНСС координат; фотография растений, поместившихся внутрь уложенной на растения учётной рамки агронома (линейки агронома), характеризует густоту стояния всходов; фотография наиболее типичных 5 –ти растений на белом фоне, характеризует степень развития растений.(using a video camera, smartphone, etc.): general photo of the field, which characterizes the uniformity of shoots, with GNSS reference coordinates; a photograph of the plants that fit inside the metering frame of the agronomist (agronomist's line) laid on the plants, characterizes the density of standing seedlings; A photograph of the most typical 5 –ti plants on a white background, characterizes the degree of plant development.

[33] Как представлено на Фиг. 2, после выполнения летной миссии БПЛА (20), данные произведенной аэросъемки передаются совместно с данными привязки ГНСС координат изображений и параметрами внешнего ориентирования (координаты центров изображений, крен, тангаж, высота и т.д.) в компьютерное вычислительное устройство (50). В вычислительное устройство (50) также передаются данные наземных измерений, проведенных с помощью спектрорадиометра (30) и N-тестера (40). [33] As shown in FIG. 2, after the flight mission of the UAV (20) is completed, the aerial survey data is transmitted together with the GNSS reference data of the image coordinates and exterior orientation parameters (coordinates of image centers, roll, pitch, height, etc.) to the computer computing device (50). Data from ground-based measurements using a spectroradiometer (30) and an N-tester (40) are also transmitted to a computing device (50).

[34] На Фиг. 3 представлен общий пример схемы БПЛА (20). БПЛА (20) содержит вычислительный блок (201), который обеспечивает обработку получаемых данных с камеры (205), и может представлять собой процессор или микроконтроллер. [34] FIG. 3 shows a general example of a UAV scheme (20). The UAV (20) contains a computing unit (201), which provides processing of the received data from the camera (205), and may be a processor or a microcontroller.

[35] Память (202) БПЛА (20) может представлять одно или несколько средств, обеспечивающих хранение необходимой программной логики для выполнения летной миссии, а также хранение изображений, фиксируемых камерой (205). Память (202) предпочтительно представляет собой комбинацию ОЗУ и ПЗУ, и может представлять собой различные известные средства энергозависимого и/или энергонезависимого типа, например, флэш-память интегрированного или съемного типа (карта памяти), EEPROM, HDD, SSD, DRAM, SRAM и т.п.[35] The memory (202) of the UAV (20) may represent one or several means that provide the storage of the necessary program logic for the flight mission, as well as the storage of images recorded by the camera (205). The memory (202) is preferably a combination of RAM and ROM, and may be of various known volatile and / or nonvolatile types, such as an integrated or removable flash memory (memory card), EEPROM, HDD, SSD, DRAM, SRAM and etc.

[36] Навигационная система (203) представляет собой приемник сигналов ГНСС, в частности, GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Compass или их сочетания. Навигационная система (203) также обеспечивает привязку координат к фотоснимкам. [36] The navigation system (203) is a receiver of GNSS signals, in particular, GPS, GLONASS, Galileo, Compass, or combinations thereof. The navigation system (203) also provides a binding of coordinates to photographs.

[37] В качестве средств приема-передачи информации (204) могут применяться решения для обеспечения канала передачи данных проводного и/или беспроводного типа, например, GSM/GPRS/LTE/5G –модем, Wi-Fi модуль, Bluetooth и/или BLE модуль, модуль спутниковой связи и т.п. [37] As a means of receiving and transmitting information (204), solutions can be used to provide a data channel of a wired and / or wireless type, for example, GSM / GPRS / LTE / 5G modem, Wi-Fi module, Bluetooth and / or BLE module, satellite module, etc.

[38] Камера БПЛА (205) представляет собой мультиспектральную (5 каналов) или гиперспектральную камеру (до 40 каналов), обеспечивающих получение изображений в видимом (RGB) и ближнем инфракрасном диапазоне (NIR).[38] The UAV camera (205) is a multispectral (5 channels) or hyperspectral camera (up to 40 channels) providing images in the visible (RGB) and near infrared (NIR) ranges.

[39] БПЛА (20) также может содержать датчик контроля заряда аккумулятора (206), который контролирует заряд аккумулятора (207) и обеспечивает оптимизацию времени полета БПЛА (20) и его возврат для зарядки/замены аккумулятора (207). [39] The UAV (20) may also contain a battery charge control sensor (206), which monitors the battery charge (207) and provides optimization of the UAV flight time (20) and its return for charging / replacing the battery (207).

[40] БПЛА (20) осуществляет перемещение с помощью винтомоторной группы (208). Элементы БПЛА (20) соединяются между собой посредством шины данных (210), обеспечивающей передачу необходимых управляющих сигналов и информационных потоков.[40] The UAV (20) performs movement with the help of a propeller group (208). The elements of the UAV (20) are interconnected by means of a data bus (210), which ensures the transmission of the necessary control signals and information flows.

[41] На Фиг. 4 представлен пример выполнения вычислительного устройства (50). Устройство (50) может выбираться из ряда известных решений и представлять собой, не ограничиваясь, персональный компьютер, ноутбук, планшет, смартфон, сервер, мейнфрейм и т.п. [41] FIG. 4 shows an example of a computing device (50). The device (50) can be selected from a number of known solutions and represent, without limitation, a personal computer, laptop, tablet, smartphone, server, mainframe, etc.

[42] В общем случае устройство (50) содержит такие компоненты, как: один или более процессоров (501), по меньшей мере одну память (502), средство хранения данных (503), интерфейсы ввода/вывода (504), средство В/В (505), средства сетевого взаимодействия (506).[42] In general, the device (50) contains such components as: one or more processors (501), at least one memory (502), data storage medium (503), input / output interfaces (504), means B / B (505), networking tools (506).

[43] Процессор (501) устройства выполняет основные вычислительные операции, необходимые для функционирования устройства (50) или функционала одного или более его компонентов. Процессор (501) исполняет необходимые машиночитаемые команды, содержащиеся в оперативной памяти (502), обеспечивающие выполнение требуемых логических операций по обработке данных. [43] The processor (501) of the device performs the basic computational operations necessary for the operation of the device (50) or the functionality of one or more of its components. The processor (501) executes the necessary machine-readable instructions contained in the RAM (502), ensuring the execution of the required logical data processing operations.

[44] Память (502), как правило, выполнена в виде ОЗУ и содержит необходимую программную логику, обеспечивающую требуемый функционал. [44] Memory (502), as a rule, is made in the form of RAM and contains the necessary program logic providing the required functionality.

[45] Средство хранения данных (503) может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти, оптических накопителей информации (CD, DVD, MD, Blue-Ray дисков) и т.п.[45] The data storage tool (503) can be in the form of HDD, SSD disks, array raid, network storage, flash memory, optical information storage devices (CD, DVD, MD, Blue-Ray disks), etc.

[46] Интерфейсы (504) представляют собой стандартные средства для подключения и работы с устройством (50), например, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire и т.п. Выбор интерфейсов (504) зависит от конкретного исполнения устройства (50). [46] Interfaces (504) are standard tools for connecting and working with a device (50), for example, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS / 2, Lightning, FireWire, etc. The choice of interfaces (504) depends on the specific design of the device (50).

[47] В качестве средств В/В данных (505) может использоваться: клавиатура, джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п.[47] As a means of I / O data (505) can be used: keyboard, joystick, display (touch screen), projector, touchpad, mouse, trackball, light pen, speakers, microphone, etc.

[48] Средства сетевого взаимодействия (506) выбираются из устройств, обеспечивающий сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карта, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM/GPRS/LTE/5G модем и т.п. С помощью средств (505) обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN, UMTS, GSM, 4G/5G.[48] Networking tools (506) are selected from devices that provide network data reception and transmission, for example, Ethernet card, WLAN / Wi-Fi module, Bluetooth module, BLE module, NFC module, IrDa, RFID module, GSM / GPRS / LTE / 5G modem, etc. With the help of means (505), the organization of data exchange via wired or wireless data transmission channel, for example, WAN, PAN, LAN (LAN), Intranet, Internet, WLAN, WMAN, UMTS, GSM, 4G / 5G is provided.

[49] Компоненты устройства (50) сопряжены посредством общей шины передачи данных (510).[49] The device components (50) are interfaced by a common data bus (510).

[50] На Фиг. 5 представлена блок-схема выполнения диагностики растений на основании данных, полученных в ходе наземного сканирования и аэросъемки, которые передаются (601) в вычислительное устройство (50). Далее на этапе (602) выполняется первичная обработка упомянутых данных с помощью вычислительного устройства (50), в ходе которой с применением фотограмметрических алгоритмов создается сбалансированный по яркости цифровой спектральный ортофотоплан диагностируемого поля (10). [50] FIG. 5 shows a flowchart for performing plant diagnostics based on data obtained during ground scanning and aerial surveys, which are transmitted (601) to a computing device (50). Next, at the stage (602), the primary processing of the mentioned data is performed using a computing device (50), during which using a photogrammetric algorithm, a balanced in brightness digital spectral orthophotomap of the diagnosed field (10) is created.

[51] На следующем этапе (603) результаты наземных и воздушных спектрометрических измерений приводятся в коэффициенты спектральной яркости (КСЯ), и проводится атмосферная коррекция. Такая коррекция может проводиться в ПО камеры (205) для обеспечения коррекции вновь получаемых снимков с БПЛА (20), либо в специализированном ГИС ПО с помощью регрессии средних значений яркости эталонной площадки (110, 111) в каждой спектральной зоне (видимого и инфракрасного диапазонов) к средним значениям КСЯ эталонных площадок по наземным измерениям.[51] At the next stage (603), the results of ground-based and aerial spectrometric measurements are given in spectral brightness coefficients (CML), and atmospheric correction is carried out. Such correction can be carried out in the camera software (205) to ensure correction of newly acquired images from the UAV (20), or in a specialized GIS software using regression of the average brightness values of the reference site (110, 111) in each spectral zone (visible and infrared ranges) to the average values of the CMS reference sites from ground-based measurements.

[52] Далее на этапе (605) выполняется построение одной или более карт состояния растений на основании спектрометрических и фотографических измерений диагностируемого поля (10). [52] Next, in step (605), one or more plant state maps are constructed on the basis of spectrometric and photographic measurements of the diagnosed field (10).

[53] Построение карты содержания азота в растениях проводится на основании расчетов по формулам:
NDVI=

Figure 00000001
, [53] The mapping of nitrogen content in plants is carried out on the basis of calculations using the formulas:
NDVI =
Figure 00000001
,

где RXXX – значение спектральной яркости на длине волны. where RXXX is the spectral brightness value at the wavelength.

[54] Карта надземной фитомассы растений, и густоты всходов может рассчитываться на основе регрессии значений NDVI или GNDVI к значениям этих параметров, определенных на внутриполевых контрольных площадках. [54] The map of the above-ground plant phytomass and seedling density can be calculated based on the regression of the NDVI or GNDVI values to the values of these parameters, determined at the intrafield control sites.

[55] Индексные карты создаются в ГИС вычислительного устройства (50) и калибруются на этапе (606) с помощью регрессии по тестовым площадкам (110, 111), размеченным маркерами, которые четко видны на снимках.[55] Index maps are created in a GIS computing device (50) and are calibrated in step (606) using regression on test pads (110, 111) marked by markers, which are clearly visible in the images.

[56] Наземные замеры c помощью N-тестера позволяют сопоставить индексы NDVI и GNDVI с агрономическим показателем - индексом содержания азота. Несколько десятков замеров позволяют провести линейную регрессию и вместо NDVI или GNDVI предоставить карту содержания азота в растениях.[56] Ground-based measurements using the N-tester allow you to compare the NDVI and GNDVI indices with an agronomic index — the nitrogen content index. Several dozen measurements allow for linear regression and, instead of NDVI or GNDVI, provide a map of the nitrogen content in plants.

[57] Далее более детально представлен пример осуществления представленного способа. Исследования проводились на базе Центральной полевой опытной станции ФГБНУ ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова (Московская область) путем постановки полевого опыта с возрастающими дозами азотных удобрений, внесенных весной 2017 г. под озимую пшеницу сорта Московская 3. Повторность опыта -3-кратная, размер внутриполевых контрольных площадок4 х 15 м. Схема опыта включает 5 вариантов: 1). Контроль - N0, 2) N30, 3) N60, 4) N90, 5) N120. В опыте применялась традиционная агротехника возделывания озимой пшеницы, состоящая в борьбе с вредными организмами путем применения химических средств защиты растений.[57] The following is a more detailed example of the implementation of the presented method. The studies were carried out on the basis of the Central Field Experimental Station of the Russian Academy of Sciences' Agrochemistry. D.N. Pryanishnikov (Moscow region) by setting up a field experiment with increasing doses of nitrogen fertilizers introduced in the spring of 2017 for winter wheat varieties Moskovskaya 3. Repetition of the experiment -3-fold, the size of the intra-field control sites 4 x 15 m. Experience scheme includes 5 options: 1) . The control is N0, 2) N30, 3) N60, 4) N90, 5) N120. The experiment used traditional agricultural cultivation of winter wheat, consisting in the fight against harmful organisms through the use of chemical plant protection products.

[58] В ходе исследования были получены показатели значений NDVI, рассчитанных с помощью данных, полученных с БПЛА, с другими показателями для озимой пшеницы (фаза трубкование, 2017 год), которые представлены в Таблице 1.[58] In the course of the study, indicators of NDVI values calculated using data obtained from UAVs were obtained with other indicators for winter wheat (booting phase, 2017), which are presented in Table 1.

Таблица 1Table 1

Показания NDVI, баллыIndications NDVI, points Дозы азота, в опыте, кг/га (N) кг/гаDoses of nitrogen, in the experiment, kg / ha (N) kg / ha Показания фотометра «Яра», баллыIndications photometer "Yara" points Данные стеблевой диагностики, индексыStem diagnostic data, indexes Урожайность озимой пшеницы, т/гаWinter wheat yield, t / ha 0,650.65 00 356356 00 2,832.83 0,810.81 30thirty 511511 0,870.87 4,414.41 0,840.84 6060 541541 1,41.4 4,994.99 0,850.85 9090 580580 2,52.5 5,five, 0,860.86 120120 620620 2,72.7 5,15.1 Коэфф. корреляцииCoeff. correlations 0,840.84 0,970.97 0,860.86 0,990.99

[59] Для определения точности дистанционной диагностики азотного питания с использованием БПЛА необходимо его сравнение с уже апробированными методиками фотометрической диагностики. К ним, в частности, относится контактная фотометрия с использованием N-тестера «Яра». Исследования показали, что при коэффициенте корреляции показаний NDVI c БПЛА с показаниями фотометра «Яра» на уровне 0,97 (Таблица 1), коэффициент детерминации, т. е. непосредственная связь между этими показателями равна 0,94, или 94 %. Таким образом, разница между данными об обеспеченности озимой пшеницы азотным питанием, полученными наземным способом от фотометра «Яра» и дистанционным с использованием фотометра, установленного на БПЛА», составляет всего лишь 6%, причем часть из них (около 2%) приходится на неточность собственно фотометра «Яра» и только 4% - на ошибку дистанционной фотометрии.[59] To determine the accuracy of remote diagnostics of nitrogen nutrition using UAVs, it is necessary to compare it with the already approved photometric diagnostic techniques. These include, in particular, contact photometry with the use of the Nara tester. Studies have shown that with the correlation coefficient of NDVI readings with UAVs with the readings of the Yara photometer at 0.97 (Table 1), the coefficient of determination, i.e., the direct relationship between these indicators is 0.94, or 94%. Thus, the difference between the supply of winter wheat with nitrogen supplied by the ground-based method from the Yar photometer and remotely using a photometer installed on the UAV "is only 6%, and some of them (about 2%) are inaccurate actually photometer "Yar" and only 4% - on the error of remote photometry.

[60] Проведение атмосферной коррекции снимков позволяет сопоставлять данные аэросьемки не только в пределах карт за одну дату, но и между датами, что делает мониторинг состояния сельскохозяйственных культур существенно более эффективным и позволяет получать достоверные карты динамики количественных показателей.[60] Atmospheric correction of images makes it possible to compare aerial data not only within maps for a single date, but also between dates, which makes monitoring of the condition of agricultural crops much more efficient and allows obtaining reliable maps of quantitative dynamics.

Список литературы: Bibliography:

1. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. Т. 1. - М.: Колос, 1965. – 767 с.1. Pryanishnikov D.N. Selected Works. T. 1. - M .: Kolos, 1965. - 767 p.

2. Методика полевых опытов по оптимизации азотного питания зерновых культур, сахарной свеклы и картофеля на основе оперативной почвенной и растительной диагностики. Коллектив авторов. – М. ВНИИ агрохимии и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова, 1985. – 92 с.2. Methods of field experiments to optimize the nitrogen nutrition of crops, sugar beet and potatoes based on operational soil and plant diagnostics. The team of authors. - M. VNII agrochemistry and agrosovodoveve them. D.N. Pryanishnikov, 1985. - 92 p.

3. Церлинг В.В. Диагностика питания сельскохозяйственных культур: Справочник. – М.: Агропромиздат, 1990. – 235 с.3. Tserling V.V. Diagnostics of food crops: a Handbook. - M .: Agropromizdat, 1990. - 235 p.

4. Осипов Ю.Ф., Иваницкий Я.В., Ширинян М.Х., Афанасьев Р.А., Галицкий В.В. Использование прибора «N-тестер «Яра» для диагностики азотного питания озимой пшеницы. Плодородие, 2011. № 1.4. Osipov Yu.F., Ivanitsky Ya.V., Shirinyan M.Kh., Afanasyev RA, Galitsky V.V. Using the device "N-tester" Yara "for the diagnosis of nitrogen nutrition of winter wheat. Fertility, 2011. № 1.

5. Афанасьев Р.А. Агрохимическое обеспечение точного земледелия // Проблемы агрохимии, 2008. № 3. С. 46-53.5. Afanasyev R.A. Agrochemical maintenance of precision farming // Problems of agrochemistry, 2008. No. 3. P. 46-53.

Claims (14)

1. Способ рекогносцировочной диагностики состояния растений на полях, содержащий этапы, на которых: формируют эталонную площадку рядом с диагностируемым полем, причем 1. The method of reconnaissance diagnostics of the state of plants in the fields, containing the steps in which: form a reference area next to the diagnosed field, and - площадка содержит однородную поверхность и отмечается маркерами;- the site contains a uniform surface and is marked with markers; - в области диагностируемого поля формируют контрольные площадки, отмечаемые маркерами, причем контрольные площадки имеют различную степень густоты растений; - in the field of the diagnosed field form control sites, marked with markers, and control sites have varying degrees of plant density; - осуществляют аэросъемку зоны произрастания растений с помощью БПЛА, оборудованного многоканальной камерой, причем зона перекрытия съемки БПЛА равна 60%; - carry out aerial surveys of the growing area of plants using a UAV, equipped with a multi-channel camera, and the overlap zone of the shooting UAV is 60%; - получают с помощью БПЛА мультиспектральные снимки поля с привязкой к географическим координатам областей съемки;- using the UAV, multispectral images of the field are obtained with reference to the geographic coordinates of the survey areas; - выполняют наземное измерение растений с помощью N-тестера на упомянутых контрольных площадках поля с получением данных содержания азота в листьях растений;- perform a ground-based measurement of plants using an N-tester on the above-mentioned control plots of the field to obtain data on the nitrogen content in the leaves of plants; - выполняют с помощью спектрорадиометра наземное измерение значений спектральной яркости точечных объектов на эталонной площадке и значений спектральной яркости калибровочной панели;- using a spectroradiometer to perform ground-based measurements of the values of the spectral brightness of point objects on the reference platform and the values of the spectral brightness of the calibration panel; - определяют наземные коэффициенты спектральной яркости (КСЯ) путем деления результатов измерения участков на эталонной площадке спектрорадиометром на результат измерения калибровочной панели им же и приведения результата к диапазону 0-1 (0-100%);- determine the ground-based spectral brightness coefficients (CLS) by dividing the results of measuring the areas on the reference platform with a spectroradiometer by the measurement result of the calibration panel with the same and reducing the result to a range of 0-1 (0-100%); - передают данные аэросъемки и данные наземных измерений в вычислительное устройство и осуществляют их обработку, в ходе которой:- transmit aerial survey data and ground-based measurement data to a computing device and process them, during which: - формируют по данным аэросъемки мультиспектральный ортофотоплан диагностируемого поля;- form a multispectral orthophotomap of the diagnosed field according to aerial survey data; - вычисляют атмосферно скорректированные КСЯ для каждого пиксела ортофотоплана путем регрессии исходных значений яркости пикселов, получаемых непосредственно при авиасъемке, к КСЯ, полученных при наземных измерениях эталонных площадок, входящих в ортофотоплан;- calculate the atmospheric corrected KLS for each pixel of the orthophotomap by regressing the initial brightness values of the pixels obtained directly during the aerial survey to the QLS, obtained by ground measurements of the reference sites included in the orthophotomap; - осуществляют построение карты вегетационного индекса NDVI или GNDVI, отображающей содержание азота в растениях диагностируемого поля; и - carry out the construction of a map of the vegetation index NDVI or GNDVI, showing the nitrogen content in plants of the diagnosed field; and - выполняют калибровку полученных карт с помощью данных наземного измерения эталонных площадок. - perform calibration of the obtained maps using ground-based measurement data of reference sites. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что на этапе построения карт вегетационного индекса дополнительно определяют по меньшей мере один из следующих показателей, выбираемый из группы: количество надземной фитомассы растений, густота всходов.2. The method according to claim 1, characterized by the fact that at the stage of constructing maps of the vegetation index, at least one of the following indicators is selected, selected from the group: the number of elevated plant phytomass, seedling density.
RU2018125365A 2018-07-11 2018-07-11 Technique for remote reconnaissance diagnostics of providing plants with nitrogen (using a multispectral camera and unmanned aerial vehicles) RU2693255C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125365A RU2693255C1 (en) 2018-07-11 2018-07-11 Technique for remote reconnaissance diagnostics of providing plants with nitrogen (using a multispectral camera and unmanned aerial vehicles)
PCT/RU2019/050111 WO2020013736A1 (en) 2018-07-11 2019-07-11 Remote investigative diagnosis of nitrogen supply to crops

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125365A RU2693255C1 (en) 2018-07-11 2018-07-11 Technique for remote reconnaissance diagnostics of providing plants with nitrogen (using a multispectral camera and unmanned aerial vehicles)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693255C1 true RU2693255C1 (en) 2019-07-01

Family

ID=67252214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018125365A RU2693255C1 (en) 2018-07-11 2018-07-11 Technique for remote reconnaissance diagnostics of providing plants with nitrogen (using a multispectral camera and unmanned aerial vehicles)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2693255C1 (en)
WO (1) WO2020013736A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780199C1 (en) * 2021-07-06 2022-09-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) System for controlling a phytoemitter with feedback and application of gaseous hydrogen as a plant growth catalyst

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112504972B (en) * 2020-10-09 2023-05-12 华南师范大学 Method for rapidly monitoring nitrogen content of tobacco
CN112913611A (en) * 2021-01-27 2021-06-08 内蒙古农业大学 SPAD value-based sugar beet nitrogen nutrition diagnosis and topdressing decision method
CN113035290A (en) * 2021-03-12 2021-06-25 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所 Hyperspectral remote sensing technology-based wheat plant nitrogen accumulation amount monitoring method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2406295C1 (en) * 2009-04-27 2010-12-20 Государственное учреждение "Научный центр проблем аэрокосмического мониторинга" - ЦПАМ "АЭРОКОСМОС" Method of ecological monitoring of forests
RU2416192C2 (en) * 2009-04-27 2011-04-20 Государственное учреждение "Научный центр проблем аэрокосмического мониторинга" - ЦПАМ "АЭРОКОСМОС" Method to identify ecological condition of forests
US20150254800A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-10 F12 Solutions, Llc Nitrogen status determination in growing crops
EA026995B1 (en) * 2011-03-04 2017-06-30 Технише Универзитет Мюнхен Method for ascertaining the fertilizer requirement, in particular the nitrogen fertilizer requirement, and apparatus for carrying out the method
RU2635823C1 (en) * 2016-09-30 2017-11-16 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС" Method of monitoring above-ground cover in impact arctic regions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2406295C1 (en) * 2009-04-27 2010-12-20 Государственное учреждение "Научный центр проблем аэрокосмического мониторинга" - ЦПАМ "АЭРОКОСМОС" Method of ecological monitoring of forests
RU2416192C2 (en) * 2009-04-27 2011-04-20 Государственное учреждение "Научный центр проблем аэрокосмического мониторинга" - ЦПАМ "АЭРОКОСМОС" Method to identify ecological condition of forests
EA026995B1 (en) * 2011-03-04 2017-06-30 Технише Универзитет Мюнхен Method for ascertaining the fertilizer requirement, in particular the nitrogen fertilizer requirement, and apparatus for carrying out the method
US20150254800A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-10 F12 Solutions, Llc Nitrogen status determination in growing crops
RU2635823C1 (en) * 2016-09-30 2017-11-16 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС" Method of monitoring above-ground cover in impact arctic regions

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780199C1 (en) * 2021-07-06 2022-09-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) System for controlling a phytoemitter with feedback and application of gaseous hydrogen as a plant growth catalyst
RU2786238C1 (en) * 2022-04-12 2022-12-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Method for determining the doses of mineral fertilisers based on monitoring data and functional diagnostics of the seeded crops
RU2814160C1 (en) * 2023-04-19 2024-02-26 Елена Геннадьевна Попкова Device for monitoring living vegetation and visualizing characteristics of photosynthetic activity

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020013736A1 (en) 2020-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Improved estimation of rice aboveground biomass combining textural and spectral analysis of UAV imagery
Boiarskii et al. Comparison of NDVI and NDRE indices to detect differences in vegetation and chlorophyll content
Qiu et al. Estimation of nitrogen nutrition index in rice from UAV RGB images coupled with machine learning algorithms
Hunt et al. NIR-green-blue high-resolution digital images for assessment of winter cover crop biomass
Lu et al. Mapping vegetation biophysical and biochemical properties using unmanned aerial vehicles-acquired imagery
Wang et al. Diurnal variation of sun-induced chlorophyll fluorescence of agricultural crops observed from a point-based spectrometer on a UAV
Tahir et al. Real time estimation of chlorophyll content based on vegetation indices derived from multispectral UAV in the kinnow orchard
Hunt et al. Remote sensing of crop leaf area index using unmanned airborne vehicles
RU2693255C1 (en) Technique for remote reconnaissance diagnostics of providing plants with nitrogen (using a multispectral camera and unmanned aerial vehicles)
Gilliot et al. An accurate method for predicting spatial variability of maize yield from UAV-based plant height estimation: A tool for monitoring agronomic field experiments
Krienke et al. Using an unmanned aerial vehicle to evaluate nitrogen variability and height effect with an active crop canopy sensor
Middleton et al. The 2013 FLEX—US airborne campaign at the parker tract loblolly pine plantation in North Carolina, USA
Jeong et al. Application of an unmanned aerial system for monitoring paddy productivity using the GRAMI-rice model
Wehrhan et al. Uav-based estimation of carbon exports from heterogeneous soil landscapes—A case study from the carbozalf experimental area
Wang et al. Estimation of nitrogen status of paddy rice at vegetative phase using unmanned aerial vehicle based multispectral imagery
Shvorov et al. UAV Navigation and Management System Based on the Spectral Portrait of Terrain
Jafarbiglu et al. Impact of sun-view geometry on canopy spectral reflectance variability
Veverka et al. Comparisons of sensors to predict spring wheat grain yield and protein content
Bhandari et al. Ground-truthing of UAV-based remote sensing data of citrus plants
Wang et al. Comparison of a UAV-and an airborne-based system to acquire far-red sun-induced chlorophyll fluorescence measurements over structurally different crops
Kang et al. Yield prediction of chinese cabbage (Brassicaceae) using broadband multispectral imagery mounted unmanned aerial system in the air and narrowband hyperspectral imagery on the ground
US20220349815A1 (en) Apparatus and methods to produce soil maps
Zhu et al. Mapping crop leaf area index from multi-spectral imagery onboard an unmanned aerial vehicle
Zhou et al. Estimation of aboveground biomass of senescence grassland in China's arid region using multi-source data
Vivekar Ashish Vivekar (2020) Evaluation of methodology for estimating crop yield from multispectral UAV images: a case study at Lönnstorp, Sweden