3.1 DJI Mavic 3M негізіндегі кешенді мультиспектрлік бақылау жүйесі
DJI Mavic 3M – заманауи навигация жүйесімен және жоғарыда, төменде және екі бүйірінде орналасқан жан-жақты шолу датчиктерімен жабдықталған мультиспектрлік дрон. Олар тұрақты ұшуды, позицияны автоматты түрде ұстап тұруды, ұшып шыққан орынға қауіпсіз оралуды және жолда кедергілер туындаған жағдайда оларды дәл айналып өтуді қамтамасыз етеді. Дронның ең жоғары ұшу жылдамдығы 75,6 км/сағ құрайды, бұл ретте ең ұзақ ұшу уақыты шамамен 43 минутқа жетеді.
Дрон DJI Pilot 2 қосымшасы арқылы пилотқа басқа әуе кемелерінің бар екендігі туралы ескертетін мамандандырылған AirSense жүйесімен жабдықталған. Жарық аз болған жағдайда түсірілім дәлдігі мен жұмыс қауіпсіздігін арттыру үшін жарық датчиктері мен төменгі жарықтандыру қарастырылған. Жоғары дәлдіктегі позициялау үшін сыртқы базалық станциялармен және желілік сервистермен жұмыс істеуді қолдайтын RTK модулі қолданылады [10].
Сапалы мультиспектрлік түсірілім қоршаған орта жағдайларын бағалаудан басталады. Ең алдымен, мультиспектрлік сенсорлардың күн сәулесінің деңгейіне сезімтал екенін ескеру маңызды, осыған байланысты түсірілімді тәуліктің қолайлы уақытында жүргізу қажет, сонымен қатар компас пен навигация жүйесінің жұмысын бұзуы мүмкін күшті электромагниттік кедергілері бар орындардан аулақ болу керек.
Ұшуға дайындық аппаратты құрастырудан басталады, мұнда иіндерді жаюдың дұрыс реттілігін сақтау маңызды, яғни алдымен алдыңғы иіндер, содан кейін артқы иіндер жайылады (10-сурет). Дронды камера қорғанышы орнатылған күйде қосу жиі кездесетін қателік болып табылады, бұл өздігінен диагностикалау кезінде стабилизатор моторларының зақымдалуына әкелуі мүмкін, осыған байланысты құрылғыны қоспас бұрын стабилизатор қорғанышын алып тастау қажет (11-сурет).
10-сурет – Дрон иіндерін жаю [10]
11-сурет – Камера қорғанышын алу [10]
Осыдан кейін пропеллерлер орнатылады, бұл ретте белгісі бар және белгісі жоқ пропеллерлердің айналу бағыттары әртүрлі болады. Оларды орнату үшін моторды ұстап тұрып, пропеллерді басып, оны көрсетілген бағытта бұру қажет. Олар бекітілгеннен кейін қалақтары жайылады (12-сурет) [10].
12-сурет – Пропеллерлерді орнату [10]
DJI Mavic 3M құрылымының негізгі элементтері ауыл шаруашылығындағы мультиспектрлік мониторингтің түйінді міндеттерін орындауды қамтамасыз етеді. Мәселен, қарастырылып отырған дронның негізгі элементі оның алдыңғы бөлігінде орналасқан оптикалық жүйе болып табылады. Ол стабилизаторды және датчиктер блогы бар мультиспектрлік камераны (1) қамтиды. Бұл камера бірнеше спектрлік диапазонда деректерді жинайды, ал стабилизатор ұшу кезінде камераны тұрақты қалыпта ұстап тұрады, соның арқасында сапалы кескіндер алуға мүмкіндік пайда болады. Қауіпсіз навигация үшін көлденең шолу жүйесінен (2), жоғарғы жүйеден (12) және төменгі жүйеден (5) тұратын, кедергілерді анықтайтын және ұшуды қауіпсіз орындауға көмектесетін шолу сенсорларының кешені қолданылады. Қосымша ретінде биіктікті сақтауға көмектесетін және жер бетіне жақын маңда позициялау дәлдігін арттыратын инфрақызыл датчиктер жүйесі (6) қолданылады (13-сурет) [10].
Геобайланыстырудың жоғары дәлдігі PSDK интерфейсі арқылы қосылатын алмалы-салмалы RTK модулінің (3) арқасында жүзеге асады, бұл ретте RTK технологиясы сантиметрлік дәлдіктегі координаттарды қамтамасыз етеді, ал бұл дәлме-дәл егіншілік міндеттері үшін өте маңызды. Корпустың жоғарғы артқы бөлігінде түсірілім кезіндегі жарықтандыру жағдайларын тіркеу үшін қолданылатын күн сәулесінің датчигі (19) орналасқан, бұл жарықтандыру шарттары мультиспектрлік материалдарды өңдеу кезінде қажетті мәліметтер болып саналады (13-сурет) [10].
13-сурет – DJI Mavic 3M құрылымының негізгі элементтері [10]
Қауіпсіздікті арттыру үшін алдыңғы бағдарлау шамдарын (7), күй индикаторын (10) және төменгі жарықтандыруды (4) қамтитын жарықтандыру жүйесі қарастырылған. Арнайы қарастырылған жарықтандыру жарық жеткіліксіз болған жағдайда ұшып шығу мен қонуды жеңілдетеді. Дронның қозғалысы төрт электр қозғалтқышы (8) және жиналмалы тез алынатын пропеллерлер (9) арқылы қамтамасыз етіледі – мұндай құрылым аппаратты тасымалдау кезінде барынша ықшам және пайдалану барысында сенімді етеді (13-сурет) [10].
Барлық жүйелерді қуаттандыру Intelligent Flight Battery (16) зияткерлік аккумулятор батареясының заряды есебінен қамтамасыз етіледі. Аккумуляторда арнайы қосу түймесі (17), заряд деңгейінің индикаторлары (15) және бекіткіш ысырмалар (18) орналасқан, ал деректерді тасымалдау үшін USB Type-C порты (13), сондай-ақ microSD жад картасына арналған слот (14) қарастырылған. Сигнал беру жүйесінің кіріктірілген антенналары бар қону тіректері (11) аппараттың құрылымын аяқтайды және ұшу кезінде дрон мен басқару пульті арасындағы тұрақты байланысты қамтамасыз етеді (13-сурет).
DJI Mavic 3M дроны агромониторингке арналған қосымша функциялармен жабдықталған, мысалы: күн сәулесінің датчигі, жан-жақты шолу жүйесі, ұшып шыққан орынға оралу функциялары. Күн сәулесінің датчигі жарықтандырудағы өзгерістерді автоматты түрде ескереді, бұл мультиспектрлік деректердің дәлдігін арттырады. Жан-жақты шолу жүйесі кедергілерді анықтайды және ұшу қауіпсіздігін арттырады, бұл ретте төменгі камералар мен инфрақызыл датчиктер спутниктік навигация сигналы әлсіз болған жағдайдың өзінде тұрақты позициялауды қолдайды (14-сурет). Сонымен қатар ұшып шыққан орынға автоматты түрде оралу және пайдалану шектеулерін бақылау функциялары іске асырылған [10].
14-сурет – Жан-жақты шолу жүйесі [10]
ҰҰА басқару жүйесінің негізгі компоненттерінің бірі – басқару пульті. Орталық элемент ретінде диагоналі 5,5 дюйм болатын кіріктірілген сенсорлық экран (9) қызмет етеді, онда ұшудың егжей-тегжейлі параметрлері көрсетіледі де, негізгі камерадан кескін шығарылады және миссияны басқару интерфейсі ұсынылады. Сондай-ақ дронның кеңістікте бағдарлануы және ықтимал кедергілерді айналып өтуі үшін пайдаланылатын қосалқы бүйірлік камераларға қосылу мүмкіндігі бар. Пульттің жұмысы үшін Wi-Fi және Bluetooth желілеріне қосылу функцияларын қолдайтын Android операциялық жүйесі қолданылады, сондай-ақ бұл құрылғы спутниктік навигацияға арналған мамандандырылған модульмен жабдықталған. Пульттің автономды жұмыс істей алатын шамамен уақыты үш сағатқа дейін жетеді. Пультте дронды басқару үшін арнайы орнатылатын алмалы-салмалы джойстиктер (1) қолданылады, олар дронның ұшып шығуы, қолмен басқару кезінде ұшуды бақылау және қонуы үшін қажет; бұл ретте арнайы ауыстырып-қосқыштың (5) көмегімен ұшу режимдерін таңдау мүмкіндігі бар, олардың қатарында қалыпты, спорттық және функционалдық режимдер қолжетімді. Жақын жерде ҰҰА басқару үшін пайдаланылатын негізгі түймелер орналасқан: түйме (2) ұшып шыққан орынға оралу және қажет болған жағдайда қосымша функцияларды шақыру үшін пайдаланылады; RTH түймесі (3) автоматты түрде оралуды іске қосу үшін қолданылады; ал түйме (4) қатаң қажеттілік туындаған кезде ұшуды шұғыл тоқтатуға немесе кідіртуге қатысты жағдайларға арналған (15-сурет) [10].
15-сурет – ҰҰА басқару пульті: сол жақта – беткі (алдыңғы) және төменгі панельдер, оң жақта – жоғарғы панель [10]
Мультиспектрлік түсірілімді тікелей іске асыру тек түсірілім процесімен шектелмейді, ол сонымен қатар түсірілім барысында алынған деректерді сақтау және тасымалдауды да қамтиды, бұл мақсат үшін microSD слоты (11), USB Type-C порты (12) және mini HDMI қосқышы (13) қарастырылған. Соңғы қосқыш (mini HDMI) қажеттілік туындаған жағдайда кескінді сыртқы мониторға шығару үшін арнайы жасалған. Слоттармен қатар кіріктірілген микрофон (14) да бар, ол қажетті ақпаратты аудиоға тіркеуге және дауыстық түсініктемелерді жазуға мүмкіндік береді (15-сурет).
Басқару пульті корпусының жоғарғы бөлігінде камерамен жұмыс істеуге және оны басқаруға арналған арнайы тетіктер орналасқан. Стабилизатордың еңкею бұрышын өзгерту және онымен тікелей жұмыс істеу үшін арнайы дөңгелек (15) қолданылады. Сондай-ақ бейнежазба түймесімен (16) өзара әрекеттесу арқылы жазбаны бастауға және тоқтатуға мүмкіндік беретін кіріктірілген бейнежазу функциясы бар. Осыған ұқсас функция суретке түсіру үшін де қолданылады, мұнда ысырманы босату түймесі (20) суретке түсіруге мүмкіндік береді. Бұл ретте алынатын кескіндердің масштабын зумды басқару дөңгелегінің (21) орнын бекіту немесе өзгерту арқылы реттеуге болады. Бұл әрекеттердің әрқайсысы немесе олардың бірнешеуі жиынтықта дронмен тікелей байланыс арқылы қамтамасыз етіледі, бұл байланысты басқару командалары мен бейнесигналды нақты уақыт режимінде ұшқышсыз аппаратқа тасымалдайтын жиналмалы сыртқы антенналар (17) ұстап тұрады (15-сурет) [10].
Кеңістікті оңтайландыру және ұшуды басқаруға ыңғайлы болу үшін басқару пульті салқындату жүйесінің элементтері мен пайдаланушылық бағдарламалауға арналған түймелер орналасқан артқы панельді (16-сурет) қосымша пайдалануды да қамтиды. Салқындату жүйесі қызып кетудің алдын алу үшін қолданылады және ішкі ауа айналымы есебінен басқару пульті жұмысының дұрыс процесін қамтамасыз етуге әрі сақтауға мүмкіндік беретін желдету саңылауы (22) мен ауа тартқыш (27) сияқты элементтерді қамтиды. Ауа тартқыш арқылы қоршаған ортадан ауа түседі, ол пульттің ішкі компоненттерін салқындату үшін пайдаланылады, ал қызғаннан кейін қажетті температуралық режимді сақтау үшін желдету саңылауы арқылы сыртқа шығарылады. Дрон операторына ыңғайлы болуы үшін артқы панельде C1 (24) және C2 (26) арнайы түймелері орналасқан, олар бағдарламаланатын болып табылады және пайдаланушы оларға қажетті функцияларды тағайындай алады (16-сурет). Бұл түймелер сенсорлық экранды немесе пульттің басқару жүйесінің басқа элементтерін пайдалану қажеттілігінсіз тағайындалған функцияларды жылдам іске қосуға мүмкіндік береді, бұл ұшу кезінде дронды басқарудың жеделдігі мен ыңғайлылығын қамтамасыз етіп, арттыра түседі. Әрбір түйме үшін функцияларды тағайындау пайдаланушының қалауы бойынша, сондай-ақ іске асырылатын міндеттер мен артықшылықтарға байланысты анықталады. Бұл әсіресе жиі қолданылатын немесе ұшу кезінде жеделдікті талап ететін командаларға жылдам қол жеткізуді қамтамасыз ете отырып, тағайындалған командаларды орындауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар басқару пультінің беткі панелінде қосымша баптауларды қамтамасыз етуге арналған 5D қосымша түймесі (6) де бар (15-сурет). Дронды басқару процесінде жекелеген функцияларға жылдам қол жеткізуді қамтамасыз ету үшін бұл түйменің функцияларын да қажетті міндеттерге сәйкес баптауға болады. Артқы панельде басқару пультін тасымалдау процесін жеңілдету және оның элементтерінің сақталуын қамтамасыз ету үшін джойстиктерді сақтауға арналған арнайы бөлім (23) қарастырылған, оларды пайдаланбаған кезде немесе тасымалдау кезінде осы бөлімге салып қоюға болады. Сондай-ақ операторға басқару пультінің күйі туралы, сондай-ақ жүйенің туындаған ескертулері немесе ықтимал қателері туралы ақпарат беретін жүйелік хабарламалар мен дыбыстық сигналдарды ойнатуға арналған кіріктірілген динамик (25) қарастырылған (16-сурет) [10].
16-сурет – ҰҰА басқару пульті: артқы панель [10]
Дронның маңызды компоненттерінің бірі – ең алдымен түсірілімді жүзеге асыруға және белгілі бір спектрлік диапазонда кескіндер алуға арналған камералар жүйесі. Камералар жүйесі ажыратымдылығы шамамен 20 мегапиксель болатын және механикалық ысырмасы бар негізгі орталық RGB камерадан тұрады; сондай-ақ негізгі орталық камераның жоғары жағында орналасқан әрқайсысы 5 Мп болатын төрт мультиспектрлік камераны қамтиды. Мультиспектрлік камералар жасыл (560±16 нм), қызыл (650±16 нм), қызыл жиек (730±16 нм) және жақын инфрақызыл (860±16 нм) диапазондарда жұмыс істейді (17-сурет) [10]. Барлық камералардың іс жүзіндегі жұмысы, қамтитын спектрлік диапазонына қарамастан, синхронды түрде жүзеге асырылады. Бұл ретте экспозиция уақыты күн сәулесінің датчигінен алынатын көрсеткіштерді ескере отырып түзетіледі, бұл жиынтықта әртүрлі түсірілім жағдайларында жоғары сапалы кескінді қамтамасыз ету үшін жарықтың қажетті деңгейін ұстап тұруға мүмкіндік береді. Осылайша, аталған сипаттамалардың жиынтығы арқасында, зерттеліп отырған ұшқышсыз ұшу аппараты агромониторинг, картографиялау және тұтастай алғанда егістіктердің немесе жекелеген өсімдіктердің жай-күйін бағалау міндеттерін іске асыру үшін тиімді қолданылады.
17-сурет – Дронның камералар жүйесі [10]
Дроннан алынатын деректер және оларды басқару пультіне тасымалдау, сондай-ақ қашықтықтан зондтау жүйесінің осы екі элементінің өзара тікелей әрекеттесуі мен байланысы DJI O3 Enterprise жүйесі арқылы жүзеге асырылады. Бұл жүйе негізгі басқару сигналдарын алу мен алмасудың тиісті жағдайларын қамтамасыз ету және бейнені нақты уақыт режимінде тасымалдау үшін қолданылады. Байланыс ұстап тұрылатын және сигнал берілетін ең үлкен қашықтық радиокедергілер мен түрлі бөгеттер болмаған жағдайда 15 км-ді құрайды. Жүйе секундына 30 кадрға дейінгі жиіліктегі Full HD сапасында бейне тасымалдауды қолдау жағдайларын қамтамасыз етеді де, бұл операторға іс жүзінде нақты уақыт режимінде камералардан түсірілім процесін бақылауға, сондай-ақ ұшу тапсырмасының орындалуын бақылауды жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
Дронда кіріктірілген қауіпсіздік жүйесі де бар. Зияткерлік автопилот технологиясы кедергілерді визуалды қабылдау және кеңістікте ҰҰА-ға қатысты орналасуын анықтау арқылы оларды автоматты түрде уақтылы анықтауды және айналып өтуді қамтамасыз етеді; кедергілер туралы тиісті ақпаратты бере отырып, оларға уақытында ден қоюға және ұшу тапсырмаларын орындау кезінде олармен соқтығысу ықтималдығын төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл технология дронға сыртқы биіктік карталарын пайдаланбай-ақ, жер бедеріне бағдарлана отырып, ұшу биіктігін автоматты түрде өзгертуге де мүмкіндік береді. Тиісінше, жер бедерінің биіктігі бірнеше рет өзгерген кезде, дрон бүкіл бағдар бойында беткі қабатқа қатысты шамамен бірдей қашықтықты сақтайтындай етіп ұшу биіктігін автоматты түрде өзгертеді. Мұндай функция түсірілім дәлдігі мен масштабы неғұрлым тұрақты болатын кескіндердің сапасын арттырып, кейіннен картографиялау үшін барынша дәл суреттер алуға мүмкіндік береді.
Басқару пульті дрон операторына оның орналасуы мен ұшу параметрлерін ғана емес, сонымен қатар камералардан деректер алудың тікелей процесін бақылауға да мүмкіндік береді, яғни экранға кәдімгі бейнені ғана емес, оған қоса пайдаланушы нақты уақыт режимінде мультиспектрлік камералардан кескінді де бақылай алады. Бұл тапсырманы орындау кезінде аумақты визуалды шолуды іске асыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар экранда операторға дронның позициялануы туралы қосымша ақпарат беретін RTK күйінің панелі көрсетіледі. Ол сондай-ақ шешім түрін, спутниктер санын және базалық станциямен байланыс күйін көрсетеді, бұл жиынтықта ұшу тапсырмасы мен бағдарының күйі туралы, сондай-ақ оның жекелеген кезеңі мен алынатын деректер туралы толыққанды ақпарат алуды қамтамасыз етеді.
Пульттің жүйенің техникалық жай-күйін бақылау жүйесімен интеграциялануы маңызды, ол түсірілім мен алынатын кескіндердің сапасына, тапсырманың орындалуына, сондай-ақ ұшу қауіпсіздігіне әсер етуі мүмкін әртүрлі ақаулар мен ескертулер туралы лезде хабарлайтындығымен ерекшеленеді. Мысалы, шолу датчиктері ластанған, компасты калибрлеу қажет болған немесе рұқсат етілген жел жылдамдығы асып кеткен жағдайда, жүйе бұл туралы операторға хабарлайды, бұл уақтылы қажетті шаралар қабылдауға және сол арқылы алынатын деректер мен тапсырманы орындау рәсімінің жоғары сапасын сақтауға мүмкіндік береді.
Ауылшаруашылық міндеттерін орындау үшін автоматтандырылған ұшуларды жоспарлауға және орындауға, деректерді жинауға және оларды кейіннен өңдеуге арналған DJI SmartFarm платформасына қолдау көрсетіледі. Бұл платформа алынатын немесе қажетті деректерді жұмыс мақсаттарында әрі қарай пайдалану үшін бұлтқа автоматты түрде жүктеуге мүмкіндік береді. Оның көмегімен миссияларды жоспарлауға және ауылшаруашылық аумақтарына мониторинг жүргізуге, сондай-ақ тікелей нақты уақыт режимінде талдау жасауға болады.
Осылайша, DJI Mavic 3M пайдалана отырып мультиспектрлік түсірілімді табысты орындау жабдықты дұрыс дайындауды және барлық қауіпсіздік рәсімдерін сақтауды ғана емес, сонымен қатар мультиспектрлік сенсорлардың, навигациялық жүйелердің және деректерді өңдеуге арналған бағдарламалық құралдардың жұмыс істеу принциптерін терең түсінуді талап етеді. Тиісінше, осы кешен мүмкіндіктерін сауатты түрде жиынтық қолдану ауылшаруашылық дақылдарының жай-күйі туралы жоғары дәлдіктегі деректерді алуға мүмкіндік береді, ал бұл өз кезегінде жүргізілетін мониторингтің тиімділігін арттырады және дәлме-дәл егіншілік міндеттерінде шешім қабылдау сапасының деңгейін көтереді.