CC BY
9
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
05.20.02 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Научная статья УДК 005.94:631
Б01: 10.24412/2227-9407-2022-3-37-49
Аэрокоптерное управление поведением животных
Алексей Михайлович БашиловВладимир Александрович Королёв2
12Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия 1 basЫlov@mbox.ruв,, https://orcid.org/0000-0002-3290-2493 2vieshvk@yandex.т, https://orcid.org/0000-0002-4088-2306
Аннотация
Введение. Анализ современных достижений науки и техники показывает активный рост интереса многих стран к разработке и применению в различных отраслях беспилотных летательных аппаратов. Промышленностью выпускается большое количество моделей различной конфигурации. В сельскохозяйственном производстве осваиваются самолётные и вертолётные типы летательных аппаратов с целью создания воздушных агро-роботов. Основной проблемой совершенствования агротехнологий является развитие многофункциональности и приспособленности воздушных агророботов к сельскохозяйственным животным с учётом их физиологических и этологических особенностей.
Материалы и методы. С целью определения тенденций развития беспилотной авиации и анализа зон её применения в области точного сельского хозяйства проведён анализ возможности объединения аграрных знаний и научно-технических достижений в области промышленной роботизации. Методологической основой анализа является системнологический подход, имеющий универсальный и всеобъемлющий характер для выявления структурообразующих составляющих, принципов и технологий их взаимодействия, проявляющихся в целе-адаптивных, самоорганизующихся биотехнических системах аграрного производства.
Результаты. Системотехнические исследования позволили определить новые технико-технологические перспективы совершенствования управления животными на основе развития поисково-распознавательных и исполнительно-преобразовательных функций беспилотных летательных аппаратов. В статье предложены и рассмотрены модели и проекты развития многофункционального и оперативного аэрокоптерного управления животными в пастбищных условиях.
Обсуждение. Развитие специализированных поисково-преобразовательных функций аэрокоптеров для эффективного применения в сельском хозяйстве требует: модернизации летательных аппаратов для адаптации в технологиях производства продукции животноводства, совершенствования лётно-посадочных, поисково-распознавательных и манипуляционно-роботизированных характеристик, уникального изготовления и апробации усовершенствованных аппаратов в условиях аграрного производства.
Заключение. Реализация проекта более широкого применения в отраслях аграрного производства многофункциональных, аграрно-адаптированных беспилотных летательных аппаратов, благодаря более точному, оперативному и ресурсосберегающему выполнению агротехнологических операций, позволит обеспечивать сокращение потерь агропродукции, прирост продуктивности и высокое качество.
Ключевые слова: агротехнологии, беспилотная авиация, животноводство, многофункциональность, оперативность, системологический анализ, управление поведением
<© Башилов А. М., Королёв В. А., 2022
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
37
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
Для цитирования: Башилов А. М., Королёв В. А. Аэрокоптерное управление поведением животных // Вестник НГИЭИ. 2022. № 3 (130). С. 37-49. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-3-37-49
Aerocopter control of animal behavior
Alexey М. BashilovVladimir А. Korolev2
Moscow aviation Institute (national research University), Moscow, Russia 1 bashilov@inbox.ru^ https://orcid.org/0000-0002-3290-2493 2vieshvk@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-4088-2306
Abstract
Introduction. The analysis of modern achievements of science and technology shows an active growth in the interest of many countries in the development and application of unmanned aerial vehicles in various industries. The industry produces a large number of models of various configurations. In agricultural production, aircraft and helicopter types of aircraft are being mastered in order to create aerial agrobots. The main problem of improving agricultural technologies is the development of multifunctionality and adaptability of aerial agrobots to farm animals, taking into account their physiological and ethological characteristics.
Materials and methods. In order to determine the trends in the development of unmanned aircraft and analyze the areas of its application in the field of precision agriculture, an analysis of the possibility of combining agricultural knowledge and scientific and technical achievements in the field of industrial robotics was carried out. The methodological basis of the analysis is a systemological approach, which has a universal and comprehensive character for the phenomenon of structure-forming components, principles and technologies of their interaction, manifested in goal-adaptive, self-organizing biotechnical systems of agricultural production.
Results. System engineering studies have made it possible to identify new technical and technological prospects for improving animal management based on the development of search-recognition and executive-transformative functions of unmanned aerial vehicles. The article proposes and discusses models and projects for the development of multifunctional and operational aerocopter control of livestock in pasture conditions.
Discussion. The development of specialized search and conversion functions of aerocopters for effective use in agriculture requires: modernization of aircraft for adaptation to livestock production technologies, improvement of flight-landing, search-recognition and manipulation-robotic characteristics, unique manufacturing and testing of improved devices in conditions of agricultural production.
Conclusion. The implementation of the project, the wider use of multi-functional, agro-adapted unmanned aerial vehicles in the agricultural production sectors, thanks to more accurate, operational and resource-saving implementation of agrotechnological operations, will ensure a reduction in losses of agricultural products, an increase in productivity and high quality.
Keywords: agrotechnologies, animal husbandry, systemological analysis, unmanned aircraft, behavior management, multifunctionality, efficiency
For citation: Bashilov A. M., Korolev V. A. Aerocopter control of animal behavior // Bulletin NGIEI. 2022. № 3 (130). P. 37-49. (In Russ.). DOI: 10.24412/2227-9407-2022-3-37-49
Введение
Технологии развития и применения беспилотных летательных систем переживают настоящую техническую революцию. Практически все страны участвуют в создании и совершенствовании беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) разного применения [1]. Наиболее общее определение БПЛА даётся в Федеральном законе от 03.07.2016 № 291-ФЗ «О внесении изменений в Воздушный кодекс Российской Федерации» тер-
мином «Беспилотная авиационная система». БАС -комплекс взаимосвязанных элементов, включающий в себя одно или несколько беспилотных воздушных судов, средства обеспечения взлета и посадки, средства управления и контроля полётом одного или нескольких беспилотных воздушных судов. БАС, помимо беспилотных летательных аппаратов БПЛА, состоит из бортового комплекса управления, полезной нагрузки и наземной станции управления НСУ.
_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Имеется довольно большое количество БПЛА с разными техническими и массагабаритными показателями, в аграрном секторе нашли применение конструкции с фиксированным крылом самолётного типа для картирования и многодвигательные аппараты вертолётного типа, с рабочими органами [2]. Наибольшие достижения получены в отрасли растениеводства при работе с посевами [3]. В животноводстве их применение значительно сложнее, так как интересуемые живые объекты подвижны в пространстве, а их стадное или индивидуальное поведение часто не предсказуемо и не всегда управляемо. Для расширения технологического применения БПЛА в сельскохозяйственном производстве необходимо развитие целеадаптивной и самоорганизующейся многофункциональности, чтобы избирательно выполнять агротехнологические приёмы, операции и процессы в условиях неоднородности окружающей среды [4]. Особенно для проведения разнообразных сельскохозяйственных работ на больших и низких высотах полёта над поверхностью земли. Беспилотный летательный аппарат, агрегатируясь с различным навесным оборудованием, может стать эффективным дополнением к наземным механизированным комплексам. На начальных этапах проектирования многофункциональных аэророботов при отсутствии универсального программного обеспечения важен системный анализ сельскохозяйственных задач, выбор направлений модернизации, точное описание и алгоритмическая проработка его целенаправленных, адаптивных, преобразовательных и исполнительных функций [5]. Интерес к беспилотникам связан с воз-
можностями экономии ресурсов и оперативным выполнением сложных технических задач [6]. Основной проблемой для сельскохозяйственного производства является развитие многофункциональности и приспо-собительности воздушных агророботов к сельскохозяйственным животным с учётом их физиологических и этологических особенностей [7].
Материалы и методы Методы и способы управления животными
Разработка роботизированных систем управления животными непростая задача [8]. Поразительное разнообразие видов сельскохозяйственных животных, их геометрических размеров, форм телосложения, породных признаков, половозрастных различий создают грандиозные трудности в создании цифровых образов животных, адекватно отражающих их поведение [9]. Используя опыт реального управления поведением животных, накопленный человеком при контактах с ними, следует выделить основные приёмы и способы управления. На рис. 1 отображены принципиально возможные методы и способы управления животными, приемлемые при аэророботизации.
Техническая реализация рассмотренных способов управления возможна при дистанционном или контактном сближении летательного аппарата и интересуемого животного. Так как животное ведёт подвижный образ жизни, то дополнительной задачей взаимодействия двух подвижных объектов становится удержание дистанционного и информационного контакта, необходимого для реализации команды управления.
Рис. 1. Методы и способы управления животными, приемлемые для аэрокопторного исполнения Fig. 1. Methods and methods of animal control acceptable for aerocoptor performance
Источник: разработано авторами
ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE
необходимо: выделить основания - первичные объекты и их параметры (информативные признаки, координаты, моменты времени), выявить отношения первичных объектов - топологию объектов (вложение, сопряжение, покой, движение), вычленить композиции - конструкцию системообразующей структуры (иерархическая, сетевая, симметричная, асимметричная, комбинированная) [10].
На рис. 2 изображена структурно-функциональная схема системпроцесса поиска. Она предусматривает использование информации из накопленной ранее системы знаний об объектах поиска (СОП), которую используют путём разъединения её «в ширину» на системообразующие области (пространство, структура, движение) и разделение её «в глубину» на системообразующие уровни (основания, отношения, композиции) [11]. После приобретения дополнительной информации об объекте путём нахождения, наведения или наблюдения искомых данных осуществляется обратная процедура - собирания и соединения новых данных в ранее известную систему объектов СОП, уточняя и дополняя исходную [12].
Сформулируем основные задачи, от решения которых зависит точность и адекватность поведения аэроробота относительно поставленной цели и управляемого животного.
Первая задача заключается в совершении аэророботом ряда поисковых действий в пространстве размещения интересуемого животного с целью его обнаружения и установления контактного взаимодействия.
Вероятность обнаружения животного аэророботом, совершающим поисковые действия в пространстве размещения особи, в самом общем случае, можно определить по формуле:
р , = р р р
1 об 1 с1 у1 д>
где Р0б - вероятность обнаружения животного, Рс -вероятность сближения аэроробота с животным, Ру - вероятность установления информационного или контактного взаимодействия; Рд - вероятность удержания контактного взаимодействия.
В результате выполнения аэророботом поисковых действий в области расположения животного и сопоставления с электронной картой местности
Рис. 2. Структурно-функциональная схема процесса поиска с циклическими процедурами информационного обмена: ОП - объект поиска (животное); СОП - система объектов поиска (агропроизводство); ПС - поисковая система (аэрокоптер) Fig. 2. Structural and functional scheme of the search process with cyclic procedures of information exchange: SO - search object (animal); SOS - search object system (agricultural production); SS - search engine (aerocopter)
Источник: разработано авторами
Нахождение - поисковое действие, направленное на сближение, установление и удержание контактного взаимодействия поисковой системы с неизвестным, но системноорганизованным объектом (животным) поиска путём осуществления про-
цедуры однократного или многократного обнаружения объекта на неизвестном остове (уровне) системной организации производства.
Наведение - поисковое действие, направленное на сближение, установление и удержание кон-
_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
тактного взаимодействия поисковой системы с недостаточно известным, но системноорганизованным объектом (животным) поиска путём осуществления процедуры однократного или многократного обнаружения объекта на известном остове (уровне) системной организации производства.
Наблюдение - поисковое действие, направленное на сближение, установление и удержание контактного взаимодействия поисковой системы с полностью известным системноорганизованным объектом (животным), поиска путём осуществления процедуры многократного обнаружения объекта за длительный период времени.
Вторая задача заключается в распознавании приобретённой дополнительной информации об обнаруженном животном для уточнения параметров достижения цели с последующим решением задачи принятия команды управления [13].
Задача распознавания обнаруженного животного предусматривает совершениие аэророботом ряда распознающих действий в системе знаний распознаваемых образов для установления принадлежности особенностей животного к заданной классификации целей управления [14]. В последующем на основании классификации биообъектов происходит принятие решения по управлению животным.
Вероятность распознавания особенностей животного аэророботом, совершающим распознающие действия, в самом общем случае можно определить по формуле:
Р = Р Р Р
1 рас 1в1о1к>
где Ррас - вероятность распознавания, Рв - вероятность восприятия дополнительной информации об особенностях животного, Р0 - вероятность опознавания признаков цели в дополнительной информации, Рк - вероятность классификации признаков цели по командам управления.
На рис. 3 приведена структурно-функциональная схема организации процесса распознавания. Она предусматривает использование информации из накопленной ранее системы (базы) знаний об объектах распознавания (СОР), которую используют путём разъединения её «в ширину» на системообразующие области (пространство, структура, движение) и разделение её «в глубину» на системообразующие уровни (классы, группы, признаки) [11]. После приобретения дополнительной информации, распознающей объект путём определения, описания, отслеживания, осуществляется обратная процедура - собирания и соединения новых данных в ранее известную систему объектов СОР, уточняя и дополняя исходную [12].
Рис. 3. Структурно-функциональная схема организации процесса распознавания системного объекта:
СР - система распознавания (аэрокоптер) Fig. 3. Structural and functional scheme of organization of the recognition process system object:
RS - recognition system (aerocopter) Источник: разработано авторами
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
Определение - распознающее действие, направленное на восприятие, различение и классификацию распознающей системой аэроробота неизвестного системноорганизованного объекта распознавания без указания системообразующего остова (уровня).
Описание - распознающее действие, направленное на восприятие, различение и классификацию распознающей системой аэроробота недостаточно известного системноорганизованного объекта распознавания с указанием системообразующего остова (уровня).
Отслеживание - распознающее действие, направленное на восприятие, различение и классификацию распознающей системой аэроробота полностью известного системноорганизованного объекта распознавания с указанием системообразующего остова (уровня) и момента времени.
В результате реализации двух ранее рассмотренных задач создаются предпосылки для принятия решения по формированию команды управления поведением животного. Тогда вероятность принятия правильного решения аэророботом по управлению животным, в самом общем случае, можно определить по формуле:
р , = р р р
1 об 1 с1 у1 д>
где Р0б - вероятность исполнения команды, согласованной с технологиями управления животными.
Результаты Примеры реализации аэрокопторного
управления животными Отечественные и зарубежные фирмы (группа компаний «Геоскан», компании RC-LIKE, Агро-практик, АгроДрон, ВАНАДИС VANADIS, центр беспилотников ARMAIR и др.) предлагают реализацию технических решений с использованием аграрных аэрокоптеров для осенне-весеннего мониторинга озимых, сопровождения мелиорации, инвентаризации земель, контроля параметров агро-технологических процессов в режиме online, опрыскивания химикатами, охраны сельхозобъек-тов, отпугивания птиц. Анализ литературных данных свидетельствует, что спектр возможностей агрокоптеров может быть существенно увеличен [15; 16].
Выделим некоторые проекты реализации аэрокоптерного управления животными, подчёркивающие дополнительные уникальные возможности.
Устройство позиционирования мобильных агрегатов при возделывании агрокультур на пастбищных угодьях (патент RU2471338) Для позиционирования мобильных агрегатов при возделывании агрокультур на пастбищных угодьях осуществляют многократный видеомониторинг космическим спутником местности размещения посевов агрокультур на пастбищных угодьях, периодически регистрируют электронные карты местности, на их изображениях определяют неблагоприятные зоны по изменениям их морфологических признаков, направляют в воздушное пространство неблагоприятных посевов агрокультур беспилотный летательный аппарат, движущийся по установленному маршруту с заданной скоростью и высотой, осуществляют управление им и производят видеомониторинг неблагоприятных зон, составляют трёхмерные электронные карты мест повышенного внимания, регулируют режимы и параметры рабочих органов мобильного агрегата в соответствии с трёхмерными пространственными координатами и результатами регистрации их морфологических признаков (рис. 4).
Устройство и способ беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах (патент RU2704142 Включающие: мониторинг территории размещения агрообъекта в экосистеме, выполнение специализированными рабочими машинами технологических воздействий на агрообъекты в различных зонах экосистемы. Для выполнения дополнительных технологических воздействий на агрообъ-екты осуществляют взаимосвязанно путем группового аддитивно-перемежающего воздействия аэро-коптероми в зонах их размещения, с учётом изменения характеристик и поведения агрообъектов, при этом значительную часть воздействий, при необходимости, осуществляют параллельно-последовательно и одновременно несколькими специализированными рабочими органами беспилотных летательных аппаратов, причём при изменении характеристик и поведения агрообъектов, выполняют корректировку управления (рис. 5).
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
4
Рис. 4. Структурная схема реализации функции позиционирования мобильных агрегатов на пастбищных угодьях: 1 - центр управления аграрной территорией; 2 - базовая станция приёма-передачи информации; 3 - канал связи со спутником; 4 - орбитальный спутник; 5 - средство дистанционного зондирования земли;
6 - канал связи с беспилотным воздушным аппаратом; 7 - аэрокоптер; 8 - средство воздушного видеонаблюдения; 9 - канал связи с наземным мобильным агрегатом; 10 - подвижный агрегат агроробота;
11 - средство наземного видеонаблюдения; 12 - регулируемый рабочий орган агроробота; 13 - агропроизводственная зона; 14 - участок, инспектируемый аэрокоптером; 15 - обрабатываемая зона; 16 - зона роста и развития растения в секторе пастбища; 17 - площадка для размещения
мобильных роботизированных средств Fig. 4. Structural scheme for the implementation of the positioning function of mobile units on pasture lands: 1 - the center of control of the agrarian territory; 2 - the base station for receiving and transmitting information; 3 - the communication channel with the satellite; 4 - the orbital satellite; 5 - the remote sensing of the earth; 6 - the communication channel with the unmanned aerial vehicle; 7 - the aerocopter; 8 - the means of aerial video surveillance; 9 - the communication channel with the ground mobile unit; 10 - the mobile unit of the agrorobot; 11 - the means of ground video surveillance; 12 - the regulated working body of the agrorobot; 13 - agro-production zone; 14 - site inspected by an aerocopter; 15 - cultivated zone; 16 - plant growth and development zone in the pasture sector; 17 - a platform for placing mobile robotic vehicles
Источник: разработано авторами
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
Рис. 5. Структурная схема реализации поисково-распознающих операций беспилотной авиатехнологии управления агрообъектами в экосистемах: 1 - экосистемы; 2 - передвижной управляющий комплекс;
3 - блок передачи информации; 4 - модуль видеоцифрового контроля состояния агрообъекта в экосистеме; 5 - беспилотный летающий аппарат, оснащенный модулем видеоцифрового контроля; 6 - беспилотные летающие аппараты, оснащенные рабочим органом; 7 - наземные технологические рабочие агрегаты; 8 - зоны опережающего развития; 9 - зоны удовлетворительного развития; 10 - зоны депрессивного развития Fig. 5. Structural scheme for the implementation of search and recognition operations of unmanned aerial technology for managing agricultural objects in ecosystems: 1 - ecosystems; 2 - mobile control complex; 3 - information transmission unit; 4 - module of video digital monitoring of the state of the agricultural object in the ecosystem;
5 - unmanned aerial vehicle equipped with a video digital control module; 6 - unmanned aerial vehicles equipped with a working body; 7 - ground technological working units; 8 - zones of advanced development;
9 - zones of satisfactory development; 10 - zones of depressive development Источник: разработано авторами
Способ и устройство дистанционной фиксации момента появления потомства сельскохозяйственных животных (патент ЯШ0Ш22445 А)
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве дистанционной фиксации момента появления потомства сельскохозяйственных животных используют блок технического зрения, блок передачи информации о состоянии животного, которое должно произвести потомство, введены блок анализа и классификации информации о состоянии животного, блок базы данных, блок тепловизора, при этом блок технического зрения и блок тепловизора подключены к блоку анализа и классификации информации о состоянии животного.
Способ и устройство дистанционной фиксации физиологического состояния вымени и доильных сосков сельскохозяйственных животных (патент Яи2677136 С1)
В результате использования предлагаемого проекта за счёт формирования панорамных видеоцифровых блоков технического зрения вымени и каждого из сосков, преобразования и обработки видеоцифровых изображений блоком анализа и классификации, а также сравнения их с эталонами вымени и сосков повышаются качество, оперативность и сокращается стоимость технологических процессов выявления болезней вымени и сосков сельскохозяйственных животных, появляется возможность осуществлять эти процессы в режиме реального времени.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ XXXX
Проект реализации функции БПЛА для дистанционного обнаружения и обездвиживания животных Алгоритм реализации данной функции включает: обнаружение интересуемого животного, приближение к нему на определённое расстояние и введение фармакологического средства. Эти опер-ции осуществляют по результатам воздушного видеообследования территории размещения животных и распознавания интересуемого животного. После введения фармокологического средства продолжают видеонаблюдение за процессом обездвиживания животного до момента получения положительного результата, а при отрицательном результате осуществляют повторное приближение к интересуемому животному и повторяют инъекцию, причём решение о распознавании животного, выбор фармоко-логического средства и его дозы, момента обездвиживания животного осуществляют в автоматическом режиме по результатам дистанционного анализа видеоцифровых изображений в центре управления беспилотным летательным аппаратом.
Проект реализации функции БПЛА для дистанционного обнаружения половой охоты сельскохозяйственных животных для оплодотворения В процессе панорамного видеонаблюдения осуществляют контроль за поведением и внешним видом животных в стаде. При этом момент появления полового возбуждения фиксируют по выпрыгиваниям животных друг на друга. Когда момент появления полового возбуждения одного или нескольких животных зафиксирован, осуществляют целенаправленное видеонаблюдение за возникшим событием путём наведения видеокамер на животных, принявших участие в событии. В ходе целенаправленного видеонаблюдения оценивают поведенческие признаки животных, проявивших признаки половой охоты, а именно снижение частоты поедания корма, сближение и контактирование с другими животными, увеличение активности движения. Для идентификации животного, готового к оплодотворению, осуществляют сравнение суммарного набора вышеперечисленных признаков с набором признаков эталона из базы данных и знаний о появлениях полового возбуждения животных. Если набор признаков животного удовлетворяет перечню оцениваемых морфологических признаков согласно базе данных, животное, готовое к оплодотворению, выделяют из стада для проведения осеменения.
В статье приведены примеры авторской реализации инновационных проектов роботизированного управления животными, которые не исчерпывают все варианты имеющихся достижений.
На основании разработанных проектов можно сделать заключение о развитии данного направления, которое может идти по двум перспективам:
1. Управление животными на основе этологи-ческих моделей поведения (стереотипов и шаблонов), которые учитывают видовые поведенческие реакции, врождённые и приобретённые рефлексы.
2. Групповое применение беспилотных летательных аппаратов.
Этологическая модель формирует систему достоверных биологических знаний, закономерностей и механизмов поведенческих реакций животных.
Преимущества группового применения роботов: большой радиус действия, достигаемый за счёт рассредоточения роботов по всей рабочей зоне; расширенный набор выполняемых функций, достигаемый за счёт установки на каждого робота индивидуальных исполнительных устройств; более высокая вероятность выполнения задания, достигаемая за счёт возможности перераспределения целей между роботами группы в случае выхода из строя некоторых из них.
Обсуждение Перспективы развития аэрокоптерного управления животными
Приоритетная цель: развитие специализированных поисково-преобразовательных функций БПЛА для эффективного применения в сельском хозяйстве.
Задачи:
1. Модернизация функций БПЛА для адаптации в технологии аграрного производства: растениеводство, животноводство, природопользование.
2. Совершенствование лётно-посадочных, поисково-распознавательных и манипуляционно-роботизированных характеристик БПЛА.
3. Изготовление и апробация усовершенствованного БПЛА в условиях аграрного производства.
Основные этапы инновационных исследований и разработок:
1. Анализ технологических процессов в растениеводстве, животноводстве и природопользовании для интеграции БПЛА в АСУ ТП и П.
2. Выявление и классификация поисково-преобразовательных функций БПЛА в современных агротехноценозах и агроландшафтах.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
3. Разработка алгоритмов нахождения, наведения и наблюдения интересуемых агрообъектов на основе системы технического зрения.
4. Разработка алгоритмов обнаружения, опознавания и описания интересуемых агрообъектов на основе компьютерного программирования.
5. Разработка алгоритмов исполнения, регулирования и управления интересуемыми агрообъек-тами на основе мехатронных средств.
6. Разработка проекта многофункционального высокоманёвренного модуля БПЛА, обеспечивающего выполнение поисково-преобразовательных агротехнологических функций в условиях ведения точного аграрного производства на пространственно-распределённых территориях.
7. Выбор рационального типа и оснащения БПЛА.
Использование в агропроизводстве БПЛА вертолётного типа, оснащённых специальными рабочими органами, создаёт дополнительные возможности непосредственных локально-активных воздействий на биообъект аграрного производства, обеспечивает оперативную реализацию экологически чистых энергоэкономных процессов при отсутствии негативных воздействий на окружающую среду.
Анализ литературных данных свидетельствует, что спектр возможностей агрокоптеров может быть существенно увеличен [17]. Использование БПЛА в реализациях агротехнологий является одним из устойчивых трендов развития и повышения эффективности агропроизводств. Разработка проектов многофункционального высокоманёвренного модуля БПЛА, обеспечивающего выполнение поисково-преобразовательных агротехнологических функций в условиях ведения точного аграрного производства на пространственно-распределённых территориях, позволяет успешно решать задачи цифровой трансформации сельского хозяйства с привлечением информационно-интеллектуальных ресурсов [18].
На основе всестороннего и системного анализа технологических процессов в растениеводстве, животноводстве и природопользовании необходимо выявлять и классифицировать поисково-преобразовательные функции БПЛА в современных агротехноценозах и агроландшафтах [19; 20]. При разработке алгоритмов функционирования системы технического зрения, блока компьютерного программирования и мехатронных систем необходимо совершенствовать основные узлы (фотосъёмки, обработки и анализа изображений, принятия исполни-
тельных команд) многофункционального модуля БПЛА, интегрированного в условия аграрного производства.
Оригинальные особенности БПЛА определяются системой распознавания анатомо-морфологи-ческих и этологических характеристик живых развивающихся биообъектов при своевременном обнаружении локально детерминированных зон поведения животных, зарождения инфекций, появления вредителей, инородных или пропавших биообъектов.
Уникальные особенности БПЛА также определяются исполнительно-преобразовательной системой БПЛА для взятия проб, лазерно-оптического воздействия, электрофизического и биохимического воздействия, для предотвращения негативных тенденций в производстве агропродукции, стимуляции положительных эффектов, сигнального группового и индивидуального управления биообъектами.
БПЛА позволят осуществлять точечно-выборочные агротехнологические мероприятия и перейти к технологии упреждающего управления пастбищными угодьями, а также использовать эти прогрессивные преимущества для наблюдения физиологических и поведенческих проявлений животных при управлении стадом на роботизированных фермах.
Заключение
Системное развитие стратегического проекта обеспечит более широкое применение БПЛА в отраслях аграрного производства. Благодаря более точному, оперативному и ресурсосберегающему выполнению агротехнологических операций с применением многофункционального, аграрно-адаптированного БПЛА, обеспечивается сокращение потерь агропродукции, прирост продуктивности и высокое качество.
Данный проект направлен на разработку роботизированных средств нового технологического уклада, основанного на межотраслевой (агроавиа-ционной) интеграции инновационных и важных научно-технических достижений двух отраслей.
Инновационный потенциал базируется на привлечении неиспользованных возможностей научных достижений и компетенции специалистов. Инновационный прорыв заключается в переходе от малосодержательного, наблюдательно-
описательного способа получения и использования цифровых изображений к содержательному, закономерно-познавательному, учитывающему ключевые особенности и достижения аграрных знаний.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Куликовская О. Е., Атаманенко Ю. Ю. Оптимальная область применения современных БПЛА-технологий // International Scientific and Practical Conference World science. 2017. Т. 1. № 10 (26). С. 30-34.
2. Шевченко А. В. Обзор состояния мирового рынка беспилотных летательных аппаратов и их применения в сельском хозяйстве // Робототехника и техническая кибернетика. 2019. № 3. С. 183-195.
3. Смирнов И. Г., Марченко Л. А., Личман Г. И., Мочкова Т. В., Спиридонов А. Ю. Беспилотные летательные аппараты для внесения пестицидов и удобрений в системе точного земледелия // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. № 3. С. 10-16.
4. Чуйкин К. А. Влияние дронов и искусственного интеллекта на сельское хозяйство // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. № 4 (14). С. 389-391.
5. Kalyaev I. A., Gaiduk A. R., Kapustyan S. G. UAV group control in task of order forming Robotics and Technical Cybernetics. 2014. № 4 (5). С. 28-39.
6. Кудрявченко И. В., Якубов К. С., Паламарчук Д. В. Особенности применения искусственного интеллекта для организации роя малоразмерных БПЛА // Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций. 2020. № 3. С. 173.
7. Иванов А. А. Этология с основами зоопсихологии. Москва : Изд. «Лань», 2013. 623 с.
8. Андреева М. А., Михалёва Я. В. Социальное поведение крупного рогатого скота при использовании прогрессивных технологий на молочных комплексах // Научный журнал молодых учёных. 2021. № 2 (23). С. 7-10.
9. Константинов В. М. Поведение, экология и эволюция животных. Рязань : НП «Голос губернии», 2011. 556 с.
10. Тур А. И., Кокоулин А. Н., Ахметзянов К. Р., Южаков А. А. Вопросы применения иерархических систем распознавания в системах видеонаблюдения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2020. № 34. С. 75-89.
11. Рустамбаев М. Х., Ташманов Е. Б. Обработка видеоинформации в системе видеонаблюдения // Проблемы инфокоммуникаций. 2020. № 2-2 (12). С. 11-17.
12. Соловьев Ф. С., Тарасов И. Е., Петров А. Б. Распознавание образов и обнаружение контуров объекта на изображении // Инновации в науке. 2019. № 4 (92). С. 4-9.
13. АстанаеваА. Обзор методов распознавания образов // Scientific Evolution. 2020. № 1 (1). С. 58-63.
14. Волкова В. Н. Системный анализ информационных комплексов. СПб. : Лань, 2016. 336 с.
15. Омарханова Ж. М., Амержанова Д. А., Арынова Ж. З. Зарубежные технологии в отрасли животноводства // Экономические и гуманитарные науки. 2021. № 5 (352). С. 85-94.
16. Ямщиков В. А. Беспилотные летательные аппараты // Интернаука. 2019. № 45-1 (127). С. 75-77.
17. Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. 280 с.
18. ЧутчеваЮ. В., КороткихЮ. С., Кирица А. А. Цифровые трансформации в сельском хозяйстве // Аг-роинженерия. 2021. № 5 (105). С. 53-58.
19. Антипов С. Т., Панфилов В. А. Технологии АПК будущего и продовольственная безопасность в опережающем инженерном образовании // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021ю Т. 83. № 2. С. 23-28. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-2-23-28
20. Гнатюк В. И. Закон оптимального построения техноценозов. Калининград : Изд-во КИЦ «Техноце-ноз», 2019. 940 с.
Дата поступления статьи в редакцию 20.12.2021, одобрена после рецензирования 24.01.2022;
принята к публикации 27.01.2022.
Информация об авторах:
A. М. Башилов - д.т.н., профессор, Spin-код: 3179-4782;
B. А. Королев - к.т.н., доцент, Spin-код: 1290-7714.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
Заявленный вклад соавторов: Башилов А. М. - формулирование основной концепции исследования, развитие методологии, создание проекта исследовательской модели, написание окончательного варианта текста, проведение анализа и подготовка первоначальных выводов.
Королев В. А. - анализ и дополнение текста статьи, визуализация/представление данных в тексте, оформление результатов исследования в графиках, совместное осуществление анализа научной литературы по проблеме исследования.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Kulikovskaja O. E., Atamanenko Ju. Ju. Optimal'naja oblast' primenenija sovremennyh BPLA - tehnologij [The optimal field of application of modern UAVs - technologies], International Scientific and Practical Conference World science [International Scientific and Practical Conference World science], 2017, Vol. 1, No. 10 (26), pp. 30-34.
2. Shevchenko A. V. Obzor sostojanija mirovogo ynka bespilotnyh letatel'nyh apparatov i ih primenenija v sel'skom hozjajstve [Review of the state of the world market of unmanned aerial vehicles and their application in agriculture], Robototehnika i tehnicheskaja kibernetika [Robotics and technical cybernetics], 2019, No. 3, pp. 183-195.
3. Smirnov I. G., Marchenko L. A., Lichman G. I., Mochkova T. V., Spiridonov A. Ju. Bespilotnye letatel'nye apparaty dlja vnesenija pesticidov i udobrenij v sisteme tochnogo zemledelija [Unmanned aerial vehicles for the application of pesticides and fertilizers in the system of precision farming], Sel'skohozjajstvennye mashiny i tehnologii [Agricultural machinery and technologies], 2017, No. 3, pp. 10-16.
4. Chujkin K. A. Vlijanie dronov i iskusstvennogo intellekta na sel'skoe hozjajstvo [The impact of drones and artificial intelligence on agriculture], Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki [Actual problems of aviation and cosmonautics], 2018, No. 4 (14), pp. 389-391.
5. Kalyaev I. A., Gaiduk A. R., Kapustyan S. G. UAV group control in task of order forming, Robotics and Technical Cybernetics, 2014, No. 4 (5), pp. 28-39.
6. Kudrjavchenko I. V., Jakubov K. S., Palamarchuk D. V. Osobennosti primenenija iskusstvennogo intellekta dlja organizacii roja malorazmernyh BPLA [Features of the use of artificial intelligence for the organization of a swarm of small-sized UAVs], Sovremennye problemy radiojelektroniki i telekommunikacij [Modern problems of radio electronics and telecommunications], 2020, No. 3, pp. 173.
7. Ivanov A. A. Jetologija s osnovami zoopsihologii [Ethology with the basics of zoopsychology], Moscow: Publ. «Lan'», 2013, 623 p.
8. Andreeva M. A., Mihaljova Ja. V. Cocial'noe povedenie krupnogo rogatogo skota pri ispol'zovanii progres-sivnyh tehnologij na molochnyh kompleksah [Social behavior of cattle when using advanced technologies on dairy complexes], Nauchnyj zhurnal molodyh uchenyh [Scientific Journal of Young Scientists], 2021, No. 2 (23), pp. 7-10.
9. Konstantinov V. M. Povedenie, jekologija i jevoljucija zhivotnyh [Behavior, ecology and evolution of animals], Rjazan' : NP «Golos gubemii», 2011, 556 p.
10. Tur A. I., Kokoulin A. N., Ahmetzjanov K. R., Juzhakov A. A. Voprosy primenenija ierarhicheskih sistem raspoznavanija v sistemah videonabljudenija [Issues of application of hierarchical recognition systems in video surveillance systems], Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta. Jel-ektrotehnika, informacionnye tehnologii, sistemy upravlenija [Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Electrical engineering, information technology, control systems], 2020. No. 34, pp. 75-89.
11. Rustambaev M. H., Tashmanov E. B. Obrabotka videoinformacii v sisteme videonabljudenija [Video information processing in the video surveillance system], Problemy infokommunikacij [Problems of infocommunications], 2020, No. 2-2 (12), pp. 11-17.
12. Solov'ev F. S., Tarasov I. E., Petrov A. B. Raspoznavanie obrazov i obnaruzhenie konturov ob#ekta na izo-brazhenii [Pattern recognition and detection of object contours in the image], Innovacii v nauke [Innovations in Science], 2019. No. 4 (92), pp. 4-9.
13. Astanaeva A. Obzor metodov raspoznavanija obrazov [Overview of Pattern Recognition Techniques], Scientific Evolution, 2020, No. 1 (1), pp. 58-63.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
14. Volkova V.N. Sistemnyj analiz informacionnyh kompleksov [System analysis of information complexes], Saint-Petersburg: Lan', 2016, 336 p.
15. Omarhanova Zh. M., Amerzhanova D. A., Arynova Zh. Z. Zarubezhnye tehnologii v otrasli zhivotnovodstva [Foreign technologies in the livestock industry], Jekonomicheskie i gumanitarnye nauki [Economics and Humanities], 2021, No. 5 (352), pp. 85-94.
16. Jamshhikov V. A. Bespilotnye letatel'nye apparaty [Unmanned Aerial Vehicles], Internauka [Interscience], 2019, No. 45-1 (127), pp. 75-77.
17. Kaljaev I. A., Gajduk A. R., Kapustjan S. G. Modeli i algoritmy kollektivnogo upravlenija v gruppah ro-botov [Models and algorithms of collective control in groups of robots], Moscow: Publ. FIZMATLIT, 2009, 280 p.
18. Chutcheva Ju. V., Korotkih Ju. S., Kirica A. A. Cifrovye transformacii v sel'skom hozjajstve [Digital Transformation in Agriculture], Agroinzhenerija [Agroengineering], 2021, No. 5 (105), pp. 53-58.
19. Antipov S. T., Panfilov V. A. Tekhnologii APK budushchego i prodovol'stvennaya bezopasnost' v ope-rezhayushchem inzhenernom obrazovanii [Future agro-industrial technologies and food security in advanced engineering education], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij_[Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2021, Vol. 83, No. 2, pp. 23-28. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-2-23-28
20. Gnatjuk V. I. Zakon optimal'nogo postroenija tehnocenozov [The law of optimal construction of technoce-noses], Kaliningrad: Publ. KIC «Tehnocenoz», 2019, 940 p.
The article was submitted 20.12.2021; approved after reviewing 24.01.2022; accepted for publication 27.01.2022.
Information about the authors: A. M. Bashilov - Dr. Sci. (Engineering), Professor, Spin-код: 3179-4782; V. A. Korolev - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Spin-код: 1290-7714.
Contribution of the authors:
Bashilov A. M. - developed the theoretical framework, methodology development, created the draft of research model, writing the final text, analysis and preparation of the initial ideas.
Korolev V. A. - analyzing and supplementing the text, visualization/presentation of the data in the text, put results of the study in diagrams, carried out the analysis of scientific literature in a given field.
The authors declare no conflicts of interests.
