Τα Συστήματα Μη Επανδρωμένων Αεροσκαφών (ΣμηΕΑ), ή απλά drones, είναι συνήθως ελαφριά τηλεχειριζόμενα αεροσκάφη χαμηλής ταχύτητας, τα οποία έχουν καθιερωθεί ως μια εξαιρετικά αποτελεσματική πλατφόρμα για αποστολές συλλογής δεδομένων με τηλεπισκόπηση σε πολλούς τομείς και επιστημονικούς κλάδους. Τα drones μπορούν να μεταφέρουν μια ποικίλη σειρά αισθητήρων και ηλεκτρονικών, από αισθητήρες λήψης εικόνας (ορατές, πολυφασματικές κλπ.) έως συστήματα ενεργητικής ανίχνευσης (π.χ. LiDAR) και ολοκληρωμένους μηχανισμούς αυτοματισμού (π.χ. συστήματα ψεκασμού). 

Τύποι drone

1. Σταθερής πτέρυγας (Fixed wing)

Τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη σταθερής πτέρυγας διαθέτουν άκαμπτο άνοιγμα πτέρυγας. Η ικανότητα πλεύσης επιτρέπει στα μη επανδρωμένα αεροσκάφη σταθερής πτέρυγας να πετούν για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα - ένα πλεονέκτημα όταν πρέπει να καλύψουν μεγάλες εκτάσεις.

2. Πολυκόπτερα (Rotary drones)

Τα πολυκόπτερα είναι μη επανδρωμένα αεροσκάφη με πολλαπλούς ρότορες με περιστρεφόμενες έλικες. Τα drones με τέσσερις ρότορες (quadcopters) και έξι ρότορες (hexcopters) είναι τα πιο συνηθισμένα. Τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη με περιστρεφόμενες έλικες επιτρέπουν την κάθετη απογείωση, την αιώρηση και τη στενότερη επιθεώρηση των καλλιεργειών. Τα drones με περιστρεφόμενες πτέρυγες είναι ευκολότερο να ελεγχθούν χειροκίνητα από τα drones με σταθερές πτέρυγες. Γενικά, τα drones με περιστρεφόμενες πτέρυγες είναι λιγότερο ακριβά από τα drones με σταθερές πτέρυγες.

3. Υβριδικά

Μια εξελισσόμενη κατηγορία μη επανδρωμένων αεροσκαφών είναι τα υβριδικά, τα οποία γενικά επιτρέπουν την κάθετη απογείωση όπως τα πολυκόπτερα και στη συνέχεια μεταβαίνουν σε στυλ πτήσης όπως τα σταθερής πτέρυγας.
Κατά την επιλογή του drone και μόνο, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν πολλαπλά διαφορετικά χαρακτηριστικά, όπως η απόδοση του συστήματος, η αυτονομία και η χωρητικότητα της μπαταρίας, τα οποία είναι όλα κρίσιμα για τις γεωργικές εφαρμογές. Για το σκοπό αυτό, θα πρέπει να διεξαχθεί έρευνα αγοράς, λαμβάνοντας υπόψιν τις απαιτήσεις κάθε προβλεπόμενης χρήσης, και στη συνέχεια να αποφασιστεί η βέλτιστη επιλογή drone και αισθητήρων για την επίτευξη αυτών των στόχων.

Πώς επιλέγουμε αισθητήρες;

Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων που μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα drone. Η επιλογή των αισθητήρων εξαρτάται κυρίως από τους στόχους της τελικής εφαρμογής στο πεδίο.

1. Red-Green-Blue(RGB) κάμερες

Αυτή η κατηγορία αισθητήρα καταγράφει το ορατό φως του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, συμπεριλαμβανομένου του κόκκινου, του πράσινου και του μπλε μήκους κύματος. Οι κάμερες RGB είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος αισθητήρα στις μέρες μας τις οποίες έχουμε ήδη στην τσέπη μας, μέσω των κινητών μας. Οι ψηφιακές εικόνες υψηλής ανάλυσης που καταγράφουν μπορούν να συμβουλεύσουν τις επόμενες κινήσεις σας σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.

  • Επισκόπηση : Η εναέρια οπτική που παρέχει το drone σας μπορεί να σας δώσει μια νέα γνώση της μιας αγροτικής έκτασης και των χαρακτηριστικών της.
  • Χαρτογράφηση περιοχών: Μεγάλος αριθμός ψηφιακών φωτογραφιών που έχουν ληφθεί από την RGB κάμερά σας μπορεί να συρραφεί σε χάρτες υψηλής ανάλυσης.  Αυτοί οι χάρτες μπορούν να βοηθήσουν να προσδιοριστεί και να μετρηθεί η απόσταση, το εμβαδόν, ο όγκος κ.ο.κ. 
  • Καταμέτρηση φυτών και πρόβλεψη παραγωγής: Από αυτές τις εικόνες, υπάρχουν λογισμικά που μπορούν να αναγνωρίσουν και να μετρήσουν αυτόματα τα φυτά σε μια καλλιέργεια. Η σύγκριση της καταμέτρησης των καλλιεργειών και της προόδου της ανάπτυξης, ειδικά όταν είναι εξοπλισμένη με δεδομένα από προηγούμενα έτη, μπορεί επίσης να σας παρέχει ακριβείς εκτιμήσεις απόδοσης.
  • Ασφαλιστικές προσαρμογές: Σε περίπτωση καταστροφής, η τεκμηρίωση των ζημιών στις καλλιέργειες και το ζωικό σας κεφάλαιο μπορεί να διευκολύνει τις ασφαλιστικές διαδικασίες.

2. Πολυφασματικές κάμερες


Οι εξειδικευμένοι αισθητήρες που ανιχνεύουν πολλαπλά συγκεκριμένα μήκη κύματος του φωτός πέραν του ορατού φάσματος αναφέρονται επίσης ως πολυφασματικοί. Για εφαρμογές στη γεωργία, η πολυφασματική απεικόνιση ανιχνεύει πράσινο, κόκκινο, κόκκινο εγγύς του υπέρυθρου και εγγύς υπέρυθρο φως για να συλλέξει πληροφορίες για τις καλλιέργειες και τα χωράφια που το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να δει. Πέρα από τις παραπάνω χρήσεις που καλύπτονται και από την απλή RGB κάμερα, η πολυφασματική είναι πολύ χρήσιμη για τον προσδιορισμό δεικτών βλάστησης.

Δείκτες βλάστησης: Είναι αλγόριθμοι που βασίζονται στις φασματικές ζώνες που ανιχνεύονται όταν το φως απορροφάται και ανακλάται από τα φυτά, και χρησιμοποιούνται σαν ενδείξεις για την υγεία των φυτών. Χάρτες δεικτών βλάστησης άρχισαν να δημιουργούνται ήδη από τη δεκαετία του 1960, με δορυφορικά δεδομένα. Ωστόσο, οι κάμερες που υπάρχουν σήμερα στα drones, μπορούν να παρέχουν δεδομένα πολύ υψηλότερης ανάλυσης και έτσι υπάρχουν πλέον πάρα πολλοί δείκτες με ιδιαίτερα μεγάλη εξειδίκευση. Ο πιο γνωστός δείκτης βλάστησης, NDVI, χρησιμοποιεί για τον υπολογισμό του τα φάσματα του κόκκινου και του κοντινού υπέρυθρου.

3. Υπερφασματικές κάμερες

Η υπερφασματική απεικόνιση είναι μια από τις πιο πλούσιες σε πληροφορίες πηγές δεδομένων τηλεπισκόπησης. Αρχικά αναπτύχθηκε για στρατιωτική και διαστημική χρήση, όμως η υπερφασματική απεικόνιση εφαρμόζεται τώρα μεταξύ άλλων και στον κλάδο της γεωργίας. Παρέχει δεδομένα σε πολύ περισσότερα μήκη κύματος (bands) σε ολόκληρο το συνεχές ηλεκτρομαγνητικό φάσμα του χρώματος και του φωτό, σε αντίθεση με μια πολύφασματικη κάμερα.  Τα δεδομένα μιας υπερφασματικής είναι πιο ογκώδη και περίπλοκα καθώς και με πολύ μεγαλύτερο κόστος. Ο τεράστιος όγκος δεδομένων σε συνδυασμό με το ακριβό υλικό και την πολυπλοκότητα της λειτουργίας και της επεξεργασίας δεδομένων αποτελούν συνήθως σημαντικές προκλήσεις για τον χειρισμό και την ανάλυση υπερφασματικών δεδομένων. Ωστόσο, η τεχνολογία υπερφασματικής απεικόνισης επιτρέπει τη σύλληψη όλων των ειδών μεταβλητότητας (ποικιλίες, καιρικές συνθήκες, τύποι εδάφους) και απεικόνισης πιθανών ζητημάτω, ανταποκρινόμενη έτσι στην πολυπλοκότητα και την ποικιλομορφία του αγροτικού περιβάλλοντος.

4. Θερμικές κάμερες

Οι θερμικές κάμερες ανιχνεύουν την ακτινοβολία στην υπέρυθρη περιοχή (8.000-14.000 nm) και χρησιμοποιούνται επίσης με drones για γεωργικές εφαρμογές. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός αντικειμένου, τόσο υψηλότερη είναι η εκπεμπόμενη θερμική ακτινοβολία. Όταν τα φυτά βρίσκονται σε υδατικό στρες, η εξατμισοδιαπνοή μειώνεται, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση των καταπονήσεων των φυτών-ιδιαίτερα της υδατικής καταπόνησης. Οι περιβαλλοντικές συνθήκες μπορούν να επηρεάσουν τις θερμικές μετρήσεις, οι οποίες πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν για τις εφαρμογές θερμικών καμερών. Αυτό περιλαμβάνει τις αλλαγές της ταχύτητας του ανέμου, της ηλιακής ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας του αέρα κατά τη διάρκεια μιας πτήσης. Οι κυριότερες εφαρμογές τους περιλαμβάνουν:

  • Δείκτης Υδατικού στρές (CWSI):  Ο δείκτης CWSI, προβλέπει την υδατική καταπόνηση των φυτών με βάση τη θερμοκρασία τους. 
  • Μέτρηση ζωικού κεφαλαίου: Κάθε μέλος του κοπαδιού έχει τη δική του ξεχωριστή θερμική υπογραφή. Οι υπέρυθρες κάμερες μπορούν να καταγράψουν κάθε μεμονωμένο θερμικό σημείο και να μετρήσουν το ζωικό κεφάλαιο, εξοικονομώντας χρόνο και ενέργεια.
  • Υγεία των ζώων: Άρρωστα ζώα παρουσιάζουν μη φυσιολογικές θερμοκρασίες σώματος. Ένα drone εξοπλισμένο με θερμικό εξοπλισμό μπορεί να βοηθήσει στον γρήγορο εντοπισμό κάθε ζώου που βρίσκεται σε κίνδυνο ώστε να του παραχθεί ταχύτερη βοήθεια

5. LiDAR (ανίχνευση φωτός και μέτρηση εμβέλειας)

Πηγ: https://www.flickr.com/photos/adafruit/45568310314
Οι αισθητήρες LiDAR είναι διαθέσιμοι για εναέριες εφαρμογές, αλλά δεν χρησιμοποιούνται συνήθως με drones λόγω του μεγάλου βάρους και του κόστους του αισθητήρα. Ένας αισθητήρας LiDAR μετρά την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και των αντικειμένων. Χρησιμοποιούνται κυρίως για τη χαρτογράφηση του ανάγλυφου του εδάφους και αναπτύσσονται συχνότερα σε επανδρωμένα αεροσκάφη.