vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2024-18-2-11-19JPLEGXvimjour-575Research ArticleРОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК 300 ЛЕТTHE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES IS 300 YEARS OLDРазвитие систем управления полетом и средств аэрофотосъемки беспилотных воздушных судов сельскохозяйственного назначенияEvolution of flight control systems and aerial photography in unmanned agricultural aircraftЦенчЮ. С.TsenchYu. S.

Юлия Сергеевна Ценч, доктор технических наук, главный научный сотрудник

Москва

Yuliya S. Tsench, Dr.Sc.(Eng.), chief researcher

Moscow

КурбановР. К.KurbanovR. K.

Рашид Курбанович Курбанов, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Москва

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

Moscow

ЗахароваН. И.ZakharovaN. I.

Наталья Ивановна Захарова, младший научный сотрудник

Москва

Natalia I. Zakharova, junior researcher

Moscow

smedia@vim.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2024250620241821119Copyright © Ценч Ю.С., Курбанов Р.К., Захарова Н.И., 20242024Ценч Ю.С., Курбанов Р.К., Захарова Н.И.Tsench Y.S., Kurbanov R.K., Zakharova N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/575

Развитие технологий БПЛА позволяет совершать фото- и видеосъемку и при этом не отвлекаться на процесс управления полетом. (Цель исследования) Выполнить ретроспективный анализ совершенствования систем управления полетом и развития аппаратуры для аэрофотосъемки сельскохозяйственных земель с середины XIX века по настоящее время. (Материалы и методы) Выполнили систематический обзор литературы с помощью историко-аналитического метода. Изучили оригинальные работы отечественных и зарубежных авторов: монографии, научные журналы, материалы конференций, экспозиции музеев, фотоматериалы и исходный код программного обеспечения в открытом доступе. (Результаты и обсуждение) Выделено по шесть этапов развития средств аэрофотосъемки и систем управления полетом. Полученная периодизация основана на изменении вида камер, типа системы управления и конструкций летательных аппаратов. В каждом из этапов рассмотрены основные камеры, системы управления и летательные аппараты, используемые для выполнения задач в сельском хозяйстве. (Выводы) Установили параметры средств аэрофотосъемки, менявшиеся за 165 лет: фотоматериал, пространственное разрешение изображений, спектральное разрешение, масса и крепление камер, тип затворов и их приводы, инерциальный блок управления, встроенный GPS/ГЛОНАСС приемник, сенсор освещенности. Выявили параметры системы управления полетом беспилотного летательного аппарата, менявшиеся за 106 лет: тип управления полетом, число датчиков для стабилизации полета, система обнаружения препятствий, размер системы управления полетом, режимы полета, метод взлета/посадки, интерфейсы для навесного оборудования. Предположили, что дальнейшая интеллектуализация и миниатюризация систем управления полетом и аэросъемочной аппаратуры приведет к повышению производительности работы БПЛА и уменьшению экономических затрат на проведение мониторинга сельскохозяйственных биообъектов.

The advancement of UAV technologies has enabled the automated capture of photos and videos, eliminating the need for manual intervention in flight control. (Research purpose) This research aims to conduct a retrospective analysis of the evolution offlight control systems and the development of aerial photography equipment for agricultural land, covering the period from the mid-19th century to present. (Materials and methods) A systematic literature review was conducted using the historical-analytical method. The paper examines original works by both domestic and international authors, including monographs, scientific journals, conference proceedings, museum exhibitions, photographic archives, and open-source software code. (Results and discussion) The paper identifies six distinct phases in the development of aerial photography and flight control systems. The classification is based on key innovations in camera types, control systems, and aircraft designs. Each phase highlights the predominant cameras, control systems, and aircraft utilized for agricultural applications. (Conclusions) Over the past 165 years, notable changes have occurred in aerial photography parameters, including the type of photographic material, image spatial and spectral resolution, camera weight and mounting, shutter types and their mechanisms, inertial control units, integrated GPS/GLONASS receivers, and light sensors. In terms of flight control systems for UAVs, significant developments over the last 106 years include variations in flight control types, the number offlight-stabilizing sensors, obstacle detection systems, size of the flight control units, flight modes, and takeoff/landing techniques, along with interfaces for attachments. It is anticipated that future intellectualization and miniaturization of flight control systems will not only boost UAV performance but also reduce the economic costs associated with the aerial monitoring of agricultural biological assets.

беспилотный летательный аппаратаэрофотосъемкааэрофотографияаэрофотоаппаратфотограмметриясистема управления полетомполетный контроллердистанционное зондированиеистория развитияunmanned aerial vehicleaerial photographyaerial camerasphotogrammetryflight control systemflight controllerremote sensingdevelopmental historyReferencesСтепанченко А.Л. Виды картографических произведений, созданных по результатам межевания земель России в середине XIX века // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2018. Т. 62. N2. С. 152-156. DOI: 10.30533/0536-101X-2018-62-2-152-156.Stepanchenko A.L.Types of cartographic products created using the data of land-surveying of Russia in the middle of the XIX century. Proceedings of Higher Educational Establishments. Godesy and Aerial Photography. 2018. Vol. 62. N2. 152-156 (In Russian). DOI: 10.30533/0536-101X-2018-62-2-152-156.Kim M.G. Balloon mania: news in the air. Endeavour. 2004. 28(4). 149-155. DOI: 10.1016/j.endeavour.2004.04.010.Kim M.G. Balloon mania: news in the air. Endeavour. 2004. 28(4). 149-155 (In English). DOI: 10.1016/j.endeavour.2004.04.010.Сергиенко Д. Дагеротип – «зеркало с памятью» // Троицкий вариант – Наука. 2020. N14(308). С. 12-13.Sergienko D. Daguerreotype – «the mirror with a memory». Troitsk Variant – Science. 2020. N14(308). 2-13 (In Russian).Краснопевцев Б.В. Основные события истории фотограмметрии и воздушной съемки до 1918 года // Геодезия и картография. 1998. N8. С. 55-59.Krasnopevtsev B. V. Milestones in the history of photogrammetry and aerial photography prior to 1918. Geo desy and Cartography. 1998. N8. 55-59 (In Russian).Collier P. Photogrammetry and aerial photography. International Encyclopedia of Human Geography (second edition). 2020. 91-98. DOI: 10.1016/B978-0-08-102295-5.10583-9.Collier P. Photogrammetry and aerial photography. International Encyclopedia of Human Geography (2nd ed.). 2020. 91-98 (In English). DOI: 10.1016/B978-0-08-102295-5.10583-9.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. DOI: 10.22314/2073-7599-2021-15-4-6-10.Lobachevskiy Ya.P., Dorokhov A.S. Digital technologies and robotic devices in the agriculture. Agricultural Machinery and Technologies. 2021. Vol. 15. N4. 6-10. (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2021-15-4-6-10.Ценч Ю.С., Курбанов Р.К. История развития систем управления беспилотных воздушных судов // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2023. Т. 17. N3. С. 4-15. DOI: 10.22314/2073-7599-2023-17-3-4-15.Tsench Yu.S., Kurbanov R.K. History of unmanned aircraft flight controller development. Agricultural Machinery and Technologies. 2023. Vol. 17. N3. 4-15 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2023-17-3-4-15.Skoog A.I. The Alfred Nobel rocket camera. An early aerial photography attempt. Acta Astronautica. 2010. 66(3-4). 624-635. DOI: 10.1016/j.actaastro.2009.06.011.Skoog A.I. The Alfred Nobel rocket camera. An early aerial photography attempt. Acta Astronautica. 2010. 66(3-4). 624-635 (In English). DOI: 10.1016/j.actaastro.2009.06.011.Кусов В.С. История аэрофотосъемки в фотографиях: славянский вклад // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 1992. N6. С. 54-61.Kusov V. S. History of aerial photography in photographs: Slavic contribution. Proceedings of higher educational establishments. Godesy and Aerial Photography. 1992. N6. 54-61 (In Russian).Галушина П.С., Кравчук А.А. Применение авиации в сельском хозяйстве Российской Федерации // Аграрное образование и наука. 2023. N2. C. 8. EDN: VZXBAU.Galushina P., Kravchuk A. The use of aviation in agriculture of the Russian Federation. Agrarian Education and Science. 2023. N2. 8 (In Russian). EDN: VZXBAU.Monmonier M. Aerial photography at the Agricultural Adjustment Administration: acreage controls, conservation benefits, and overhead surveillance in the 1930s. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. 2002. Vol. 68. N12. 1257-1261.Monmonier M. Aerial photography at the Agricultural Adjustment Administration: acreage controls, conservation benefits, and overhead surveillance in the 1930s. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. 2002. Vol. 68. N12. 1257-1261 (In English).Bondarev V., Ruday O., Baryshnikova O. Aviation in the agricultural sector: experiments with aviation in the USSR in the 1930-s. E3S. 2021. 273. 07016. DOI: 10.1051/e3sconf/202127307016.Bondarev V., Ruday O., Baryshnikova O. Aviation in the agricultural sector: experiments with aviation in the USSR in the 1930-ies. E3S. 2021. 273. 07016 (In English). DOI: 10.1051/e3sconf/202127307016.Куатов Б.Ж., Макаев Т.З. История развития беспилотных летательных аппаратов // Tруды Международного симпозиума «Надежность и качество». 2017. Т. 1. С. 137-139.Kuatov B. Zh., Makaev T.Z. A History of Unmanned Aerial Vehicle Development. Proceedings of the International Symposium «Reliability and Quality». 2017. Vol. 1. 137-139. EDN: ZDGQTP.Научно-технический центр. История продолжается. К 70-летию НТЦ-ЦКБ. Под общей редакцией А.Ю. Чистилина. М.: КЕМ, 2018. 208 с.Scientific and Technical Center. The Story Goes On. To the 70th anniversary of the STC-CDB. Ed. by A.Yu. Chistilina. Troitsk Variant – Science. Мoscow: KEM. 2019. 208.Бычкова И.А. История развития аэрометодов в России в 1880-1950-х годах // Метеорологический вестник. 2010. Т. 3. N1. С. 54-68. EDN: LLOZJJ.Bychkova I.A. Evolution of Aerial Methods in Russia from the 1880s to the1950s. Meteorological Bulletin. 2010. Vol. 3. N1. 54-68 (In Russian). EDN: LLOZJJ.Гольдман Л.М. Применение цветной аэросъемки для изучения местности (дешифрирование цветных аэроснимков) // Труды Центрального научно-исследовательского института геодезии, аэросъемки и картографии. М.: Геодезиздат, 1960. С. 57-63.Goldman L.M. Application of color aerial photography for terrain analysis (Interpretation of color aerial photographs). Proceedings of the Central Scientific Research Institute of Geodesy, Aerial Photography and Cartography. Moscow: Geodesizdat. 1960. 57-63 (In Russian).Mulla D.J. Twenty-five years of remote sensing in precision agriculture: Key advances and remaining knowledge gaps. Biosystems Engineering, Special Issue: Sensing Technologies for Sustainable Agriculture. 2014. Vol. 114. N4. 358-371. DOI: 10.1016/J.BIOSYSTEMSENG.2012.08.009.Mulla D.J. Twenty-five years of remote sensing in precision agriculture: Key advances and remaining knowledge gaps. Biosystems Engineering, Special Issue: Sensing Technologies for Sustainable Agriculture. 2014. Vol. 114. N4. 358-371 (In English). DOI: 10.1016/J.BIOSYSTEMSENG.2012.08.009.Curran P.J. Aerial photography for the assessment of crop condition: a review. Applied Geography. 1985. 5 (4). 347-360. DOI: 10.1016/0143-6228(85)90012-8.Curran P.J. Aerial photography for the assessment of crop condition: a review. Applied Geography. 1985. 5(4). 347-360 (In English). DOI: 10.1016/0143-6228(85)90012-8.Guo Z., Wang T., Liu S., et al. Biomass and vegetation coverage survey in the Mu Us sandy land - based on unmanned aerial vehicle RGB images. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2021. 94. 102239. DOI: 10.1016/j.jag.2020.102239.Guo Z., Wang T., Liu S. et al. Biomass and vegetation coverage survey in the Mu Us sandy land - based on unmanned aerial vehicle RGB images. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2021. 94. 102239 (In English). DOI: 10.1016/j.jag.2020.102239.Kurbanov R., Litvinov M. Development of a gimbal for the Parrot Sequoia multispectral camera for the UAV DJI Phantom 4 Pro. IOP: Materials Science and Engineering. 2020. 012062. DOI: 10.1088/1757-899X/1001/1/012062.Kurbanov R., Litvinov M. Development of a gimbal for the Parrot Sequoia multispectral camera for the UAV DJI Phantom 4 Pro. IOP: Materials Science and Engineering. 2020. 012062. DOI: 10.1088/1757-899X/1001/1/012062.

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