References

vimjour

Сельскохозяйственные машины и технологии

Agricultural Machinery and Technologies

2073-7599

Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»

10.22314/2073-7599-2023-17-1-35-40

vimjour-504

Research Article

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ

INNOVATIVE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT

Алгоритм расчета времени полета беспилотного воздушного судна для проведения аэросъемки

Algorithm for Calculating the Flight Time of an Unmanned Aerial Vehicle for Aerial Photography

Курбанов

Р. К.

Kurbanov

R. K.

Курбанов Рашид Курбанович - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник.

Москва

Rashid K. Kurbanov - Ph.D.(Eng.), leading researcher.

Moscow

smedia@vim.ru

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation

2023

02042023

1713540

2023

Курбанов Р.К.

Kurbanov R.K.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.vimsmit.com/jour/article/view/504

Показали возможность использования дополнительного подвесного оборудования для проведения аэросъемки с помощью беспилотного воздушного судна. Отметили, что ряд параметров беспилотника и дополнительного подвесного оборудования не учитывается программным обеспечением при расчете времени полета дрона на одном заряде аккумуляторной батареи. (Цель исследования) Разработать алгоритм для расчета времени полета беспилотного воздушного судна с установленным подвесным оборудованием. (Материалы и методы) Изучили технические характеристики DJI Phantom 4 pro и DJI Matrice 200v2, а также спецификации мультиспектральных камер Parrot Sequoia, MicaSense Altum, устанавливаемых на беспилотник. Использовали результаты научных исследований по расчету времени полетного задания в зависимости от длины маршрута и емкости аккумуляторной батареи. (Результаты и обсуждение) Установили, что максимальное время полета беспилотника с дополнительным подвесным оборудованием сокращается из-за повышенной массы, потребляемой ими мощности, времени предполетной подготовки, полетной нагрузки, необходимости возврата в точку взлета и сохранения ресурса аккумуляторной батареи. Рассчитали максимальное время полета DJI Phantom 4 pro и DJI Matrice 200v2 с мультиспектральными камерами Parrot Sequoia, MicaSense Altum - 8 и 18 минут соответственно, при минимальной полетной нагрузке. Определили метод расчета количества аккумуляторных батарей для проведения аэросъемки с дополнительным подвесным оборудованием. (Выводы) Разработали алгоритм для расчета времени полета беспилотника с дополнительным подвесным оборудованием, учитывающий параметры, не включенные в расчет времени полета стандартным программным обеспечением.

The paper shows the possibility of using unmanned aerial vehicles with additional outboard equipment for aerial photography. It is noted that some parameters of the drone and additional suspension equipment are not taken into account by the software when calculating the drone flight time for one battery charge. (Research purpose) To develop an algorithm for calculating the flight time of an unmanned aerial vehicle with installed outboard equipment. (Materials and methods) The technical characteristics of DJI Phantom 4 pro and DJI Matrice 200v2 were studied, as well as the specifications of Parrot Sequoia, MicaSense Altum multispectral cameras mounted on the drone. The existing research results are used to calculate the flight mission time depending on the route length and the battery capacity. (Results and discussion) It is found that the maximum flight time of a drone with additional outboard equipment is reduced due to the additional equipment mass, increased power consumption, the preflight preparation time, the need to return to the take-off point and the necessity to preserve the battery life and save the flight load. The maximum flight time calculated for DJI Phantom 4 pro and DJI Matrice 200v2 with multispectral cameras Parrot Sequoia, MicaSense Altum is 8 minutes and 18 minutes, respectively, with a minimum flight load. A method for calculating the number of batteries for aerial photography with additional outboard equipment is determined. (Conclusions) An algorithm for calculating the flight time of an unmanned aerial vehicle with additional outboard equipment is developed, the parameters ignored by the standard software in the flight time calculation are taken into account.

цифровое сельское хозяйствобеспилотное воздушное судноаэрофотосъемкамультиспектральная камераподвесное оборудованиеполетное заданиевремя полета

digital agricultureunmanned aerial vehicleaerial photographymultispectral cameraoutboard equipmentflight missionflight time

References1

Байгутлина И. А. Испытания новых типов БПЛА // Практические аспекты применения современных беспилотных летательных аппаратов. 2022. С. 168-186.

Baygutlina I.A. Ispytaniya novykh tipov BPLA [Testing new types of UAVs]. Prakticheskie aspekty primeneniya sovremennykh bespilotnykh letatel’nykh apparatov. 2022. 168-186 (In Russian).

Костин П.И. Применение беспилотных летательных аппаратов в лесном хозяйстве // Вестник науки и образования. 2022. N1-2(121). С. 60-62.

Kostin P.I. Primenenie bespilotnykh letatel'nykh apparatov v lesnom khozyaystve [Application of unmanned aircraft in forestry]. Vestnik nauki i obrazovaniya. 2022. N1-2(121). 6062 (In Russian).

Лачуга Ю.Ф., Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Шогенов Ю.Х. Результаты научных исследований агроинженерных научных организаций по развитию цифровых систем в сельском хозяйстве (окончание) // Техника и оборудование для села. 2022. N4(298). С. 2-6.

Lachuga Yu.F., Izmaylov A.Yu., Lobachevskiy Ya.P., Shogenov Yu. Kh. Rezul'taty nauchnykh issledovaniy agroinzhenernykh nauchnykh organizatsiy po razvitiyu tsifrovykh sistem v sel'skom khozyaystve (okonchanie) [The results of scientific research of agroengineering scientific organizations on the development of digital systems in agriculture]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2022. N4(298). 2-6 (In Russian).

Лобачевский Я.П., Бейлис В.М., Ценч Ю.С. Аспекты цифровизации системы технологий и машин // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2019. N3(36). С. 40-45.

Lobachevskiy Ya.P, Beylis V.M., Tsench Yu.S. Aspekty tsifrovizatsii sistemy tekhnologiy i mashin [Aspects of digitalization of the system of technologies and machines]. Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK. 2019. N3(36). 40-45 (In Russian).

Мазитов Н.К., Шогенов Ю.Х., Ценч- Ю.С. Сельскохозяйственная техника: решения и перспективы // Вестник ВИЭСХ. 2018. N3 (32). С. 94-100.

Mazitov N.K., Shogenov Yu. Kh., Tsench Yu.S. Sel'skokhozyaystvennaya tekhnika: resheniya i perspektivy [Agricultural machinery: solutions and prospects]. Vestnik VIESH. 2018. N3(32). 94-100 (In Russian).

Ценч Ю.С., Маслов Г.Г., Трубилин Е.Г. К истории развития сельскохозяйственной техники // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2018. N3(47). С. 117-123.

Tsench Yu.S., Maslov G.G., Trubilin E.G. К istorii razvitiya sel'skokhozyaystvennoy tekhniki [On the history of agricultural machinery development]. Bulletin of the Bashkir State Agrarian University. 2018. N3(47). 117-123 (In Russian).

Годжаев З.Д., Шевцов В.Г., Лавров А.В., Ценч Ю.С., Зубина В. А. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России до 2030 года (Прогноз) // Технический сервис машин. 2019. N4(137). C. 220-229.

Godzhaev Z.D., Shevtsov V.G., Lavrov A.V., Tsench Yu.S., Zubina V.A. Strategiya mashinno-tekhnologicheskoy modernizatsii sel'skogo khozyaystva Rossii do 2030 goda (Prognoz) [Strategy of machine-technological modernization of agriculture in Russia until 2030 (Forecast)]. Tekhnicheskiy servis mashin. 2019. N4(137). 220-229 (In Russian).

Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С., Бейлис В.М. Создание и развитие систем машин и технологий для комплексной механизации технологических процессов в растениеводстве // История науки и техники. 2019. N12. С. 46-55.

Lobachevskiy Ya.P., Tsench Yu.S., Beylis V.M. Sozdanie i razvitie sistem mashin i tekhnologiy dlya kompleksnoy mekhanizatsii tekhnologicheskikh protsessov v rastenievodstve [Creation and development of machine systems and technologies for complex mechanization of technological processes in crop production]. Istoriya nauki i tekhniki. 2019. N12. 46-55.

Лобачевский Я.П., Дорохов А.С. Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. N15(4). С. 6-10.

Lobachevskiy Ya.P., Dorokhov A.S. Tsifrovye tekhnologii i robotizirovannye tekhnicheskie sredstva dlya sel'skogo khozyaystva [Digital technologies and robotic devices in the agriculture]. Sel’skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2021. N15(4). 6-10 (In Russian).

Аникеева И. А. Оценка рекомендуемых и допустимых значений показателей изобразительного качества по материалам, полученным различными аэрофотосъемочными системами для целей картографирования // Геодезия и картография. 2021. N9. С. 30-40.

Anikeeva I.A. Otsenka rekomenduemykh i dopustimykh znacheniy pokazateley izobrazitel'nogo kachestva po materialam, poluchennym razlichnymi aerofotosemochnymi sistemami dlya tseley kartografirovaniya [Assessment of recommended and acceptable image quality indicators' values, based on materials, obtained with various aerial surveying systems for mapping purposes]. Geodeziya i kartografiya. 2021. N9. 30-40 (in Russian).

Акинчин А.В., Левшаков Л.В., Линков С. А. и др. Информационные технологии в системе точного земледелия // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. N9. С. 16-21.

Akinchin A.V., Levshakov L.V., Linkov S.A., et al. Informatsionnye tekhnologii v sisteme tochnogo zemledeliya [Information technology in the precision farming system] Vestnik Kurskoy gosudarstvennoy sel’skokhozyaystvennoy akademii. 2017. N9. 16-21 (In Russian).

Костомахин М. Н., Курбанов Р.К., Кынев Н.Г. Точное земледелие расширяет свои границы // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2018. N3. С. 7-9.

Kostomakhin M.N., Kurbanov R.K., Kynev N.G. Tochnoe zemledelie rasshiryaet svoi granitsy [Technical support for modernization of AIC]. Sel’skokhozyaystvennaya tekhnika: obsluzhivanie i remont. 2018. N3. 7-9 (In Russian).

Титович М.В., Таргонская М.В., Афанасьева Л.В. и др. Многофункциональная беспилотная мобильная платформа. Обеспечение точного земледелия // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. N3(14). С. 898-900.

Titovich M.V., Targonskaya M.V., Afanas'eva L.V., et al. Mnogofunktsional'naya bespilotnaya mobil'naya platforma. Obespechenie tochnogo zemledeliya [Multifunctional unmanned mobile platform. provision of exact agriculture]. Aktual’nye problemy aviatsii i kosmonavtiki. 2018. N3(14). 898-900 (In Russian).

Kurbanov R., Litvinov M. Development of a gimbal for the Parrot Sequoia multispectral camera for the UAV DJI Phantom 4 Pro. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. N012062.

Kurbanov R., Litvinov M. Development of a gimbal for the Parrot Sequoia multispectral camera for the UAV DJI Phantom 4 Pro. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. N012062 (In English).

Морозов С.Е., Чернов В.Ю. Разработка модульного квадрокоптера // Точная наука. 2019. N54. С. 25-27.

Morozov S.E., Chernov VYu. Razrabotka modul'nogo kvadrokoptera [Development of a modular quadrocopter]. Tochnaya nauka. 2019. N54. 25-27 (In Russian).

Przybilla H.-J., Gerke M., DIkhoff I., Ghassoun Y. Investigations on the geometric quality of cameras for UAV applications using the high precision UAV test field zollern colliery. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences - ISPRS Archives. 2019. N42(2/W13). 531-538.

Кузнецова И. А., Гильязов М.Р Влияние высоты полета беспилотного летального аппарата при обработке данных в автоматизированных программных обеспечениях // StudNet. 2021. Т. 4. N5.

Kuznetsova I.A., Gil'yazov M.R. Vliyanie vysoty poleta bespilotnogo letal'nogo apparata pri obrabotke dannykh v avtomatizirovannykh programmnykh obespecheniyakh [Influence of unmanned aircraft flight altitude during data processing in automated software]. StudNet. 2021. Vol. 4. N5 (In Russian).

Young D.J.N., Koontz M.J., Weeks J.M. Optimizing aerial imagery collection and processing parameters for drone-based individual tree mapping in structurally complex conifer forests. Methods in Ecology and Evolution. 2022. N13(7). 1447-1463.

Степанов С.В., Волков С.С., Набатчиков А.В. Моделирование системы питания БПЛА ближнего действия // Математика и математическое моделирование: Сб. материалов XVI Всероссийской молодежной научно-инновационной школы. Саров: Интерконтакт. 2022. С. 31-32.

Stepanov S.V., Volkov S.S., Nabatchikov A.V. Modelirovanie sistemy pitaniya BPLA blizhnego deystviya [Modeling the power system of a short-range UAV]. Matematika i matematicheskoe modelirovanie: Sb. materialov XVI Vserossiys-koy molodezhnoy nauchno-innovatsionnoy shkoly. Sarov: Interkontakt. 2022. 31-32 (In Russian).

Yeom J., Jung J., Chang A., Ashapure A., Maeda M., Maeda A., Landivar J. Comparison of vegetation indices derived from uav data for differentiation of tillage effects in agriculture. Remote Sensing. 2019. N11. 1548.

Rosas J.T.F., de Carvalho Pinto F.d., de Queiroz, D.M., et al. Coffee ripeness monitoring using a UAV-mounted low-cost multispectral camera. Precision Agriculture. 2022. N23. 300-318.

Rosas J.T.F., de Carvalho Pinto F.d., de Queiroz, D.M., et al. Coffee ripeness monitoring using a UAV-mounted low-cost multispectral camera. Precision Agriculture. 2022. N23. 300-318 (In English).

Rogers S.R., Manning I., Livingstone W. Comparing the spatial accuracy of digital surface models from four unoccupied aerial systems: photogrammetry versus LiDAR. Remote Sensing. 2020. N12. 2806.

Rogers S.R., Manning I., Livingstone W. Comparing the spatial accuracy of digital surface models from four unoccupied aerial systems: photogrammetry versus LiDAR. Remote Sensing. 2020. N12. 2806 (In English).

Daugela I., Visockiene J.S., Kumpiene J. Detection and analysis of methane emissions from a landfill using unmanned aerial drone systems and semiconductor sensors. Detritus. 2020. N10. 127-138.

Daugela I., V isockiene J.S., Kumpiene J. Detection and analysis of methane emissions from a landfill using unmanned aerial drone systems and semiconductor sensors. Detritus. 2020. N10. 127-138 (In English).

Beranek C.T., Roff A., Denholm B., Howell L.G., Witt R.R. Trialling a real-time drone detection and validation protocol for the koala (Phascolarctos cinereus). Australian Mammalogy. 2020. https://doi.org/10.1071/AM20043.

Арзамасцев А. А. Задачи маршрутизации для беспилотных мультироторных летательных аппаратов // Материалы и методы инновационных исследований и разработок: Сб. статей Международной научно-практической конференции Оренбург: Аэтерна. 2018. С. 5-8.

Arzamastsev A.A. Zadachi marshrutizatsii dlya bespilotnykh mul'tirotornykh letatel'nykh apparatov [Routing tasks for unmanned multirotor aerial vehicles]. Materialy i metody innovatsionnykh issledovaniy i razrabotok: Sb. statey Me-zhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Orenburg: Aeterna. 2018. 5-8 (In Russian).

Арзамасцев А. А., Крючков А. А. Математические модели для инженерных расчетов летательных аппаратов мультироторного типа (часть 1) // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. N19 (6). С. 1821-1828.

Arzamastsev A.A., Kryuchkov A.A. Matematicheskie modeli dlya inzhenernykh raschetov letatel'nykh apparatov mul'tirotornogo tipa (chast' 1) [Mathematical models for engineering calculations of aircrafts of multi-rotor type (Part1)]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2014. N19(6). 1821-1828 (In Russian)

Лебедев А.Е. Актуальность использования литиево-полимерных батарей в современном оборудовании // Сетевой научный журнал ОрелГАУ 2016. Т. 1(6). С. 139-151.

Lebedev A.E. Aktual'nost' ispol'zovaniya litievo-polimernykh batarey v sovremennom oborudovanii [The importance of using lithium-polymer batteries in modern equipment]. Setevoy nauchnyy zhurnalOrelGAU. 2016. Vol. 1(6). 139-151 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.