Как беспилотники оцифровывают поля

Компания GeosAero проводит аудит сельскохозяйственных земель с применением беспилотников, высокоточных GPS/GNSS-приемников и мультиспектральных камер. Они помогают фермерам и крупным холдингам находить расхождение кадастровой площади с реально используемой и избегать агротехнических нарушении на всех стадиях производства — от обработки почвы до уборки урожая. Генеральный директор компании участник акселераторов Архипелаг, Startup Tour и Grants4Apps Захар Завьялов рассказал нам про их собственные разработки — алгоритмы с применением машинного обучения и компьютерного зрения.

Первый бизнес Захара Завьялова — художественная аэросъемка. Они с партнером купили беспилотник и собирали портфолио. Парням попался заказчик из сельскохозяйственной отрасли, который поделился, что сельскому хозяйству нужны не столько красивые ролики с полей, сколько обследования — тем самым он натолкнул Захара на мысли о смене профиля.

Предприниматели начали изучать зарубежный рынок и увидели, что в Европе и США беспилотники активно используют в сельском хозяйстве и строительстве. Так они перешли из ниши аэрофотосъемки в менее конкурентную картографию, создали компанию ООО «ГеосАэро» и сейчас специализируются исключительно на работе с промышленным оборудованием.

Это направление требует больше технических знаний, а Захару как раз этого и хотелось — создать что-то большее, чем просто там фото и видео.

GeosAero не занимается созданием беспилотников — закупают готовые модели и навесное оборудование на них. Сфера компании — это персональная технология обработки данных.

Во всех своих услугах GeosAero применяет алгоритмы машинного обучения:

• в земельном аудите — для отрисовки границ и классификации земель;
• в обследовании полей — для аналитики урожайности и подсчета всходов.

Эти инструменты анализа данных аэрофотосъемки разворачиваются на серверах компании. Их используют в основном сотрудники «ГеосАэро».

Чтобы показывать результаты клиентам, компания разработала облачную геоинформационную систему. С помощью ее сельскохозяйственные предприятия и другие компании могут самостоятельно анализировать полученную во время съемки информацию.

В демоаккаунте системы можно посмотреть, как работает алгоритм, как наложить разные снимки и какие данные вычленить:

Самое популярное, для чего используют аналитику беспилотника — это аудит земель. GeosAero автоматизирует этот процесс.

Аудит нужен, чтобы разобраться, чем по факту владеет заказчик. Потому что информация про кадастровые площади ничего не говорит о том, как их реально использует. В кадастровые площади входят и дороги, и полосы, и овраги, и заболоченные участки.

Для хозяйств, которые хотят понять реальное положение дел, такой аудит и создание цифровой карты — это первый шаг. У многих с советских времен остались бумажные карты, но они не актуальны, потому что меняется структура полей, появляются новые дороги, разрастаются овраги. Кроме того, меняется севооборот — культуры на полях чередуют, чтобы земля «отдыхала». Поэтому границы полей нужно обновлять каждые 3–5 лет.

Все сельскохозяйственные работы в идеале начинают с того, что определяют размеры реальных площадей и составляют точную карту. Закупка семян, удобрений, горючего — все это требует точного расчета.

Особенно это актуально для холдингов, которые обрабатывают сотни тысяч гектаров. Там даже полпроцента расхождения повлечет потери в миллионы рублей или приведет к излишкам материалов, которые израсходуют не по назначению: продадут или просто спишут. Поэтому для холдингов GeosAero как независимая компания проводит экспертизу и оценку ресурсов, что экономит большие суммы.

Беспилотник позволяет с высокой точностью оцифровать данные о землях, а команда GeosAero этот алгоритм автоматизирует.

Технология работает в двух направлениях:

• На вход программного обеспечения поступают данные с беспилотника — на выходе получают цифровые границы полей.
• Алгоритмы машинного обучения автоматически проводят полную классификацию всех угодий, которые принадлежат заказчику.

В итоге мы видим таблицу с процентным соотношением разных видов земель.

Получившиеся цифровые границы полей и карту дорог сельхозтоваропроизводители могут использовать для своих целей. Например, есть сервис спутникового мониторинга, который позволяет отслеживать на полях технику и планировать севооборот. Фермер загружает свои цифровые карты в этот сервис.

На борту беспилотников установлена мультиспектральная камера MicaSense RedEdge MX. Она позволяет, кроме видимого человеческому взгляду диапазона длины волн, получать изображение еще и в инфракрасном спектре.

Карты с использованием инфракрасного излучения помогают оценить состояние растительности — мы разбираем эту функцию на снимках ниже.

А еще карты помогают увидеть огрехи технологического характера — когда механизатор нарушил какую-то технологию, недосеял или, наоборот, пересеял, дважды внес удобрение.

Проблемы технологического характера, как правило, имеют правильную геометрическую форму и совпадают с направлением сева. Иногда нарушения настолько критичные, что их видно и невооруженным глазом в обычном спектре. Но мультиспектральная съемка позволяет выявить тонкие градации неоднородности полей.

В мультиспектре выявляют и проблемы биологического характера: очаги сорной растительности, заболоченные участки внутри поля, участки, где культура лучше или хуже развивается.

Мультиспектральная съемка показывает разный уровень хлорофилла в растениях. Это позволяет специалистам делать выводы о развитии культур — по крайней мере строить гипотезы. Иногда по этим гипотезам и косвенным факторам можно делать выводы даже не выходя в поле.

Разберем реальный кейс:

Если проблема сложная, беспилотник позволяет крупномасштабно обследовать хозяйство. Допустим, есть 10–20 тысяч гектаров хозяйства, агроном физически не успевает объехать все свои поля за день, за два или даже за сезон — он в каждом поле в лучшем случае побывает три-четыре раза. И то, проезжая наискосок, все поле он видеть не может.

Так специалист успеет все: он потратит рабочее время не на пустые разъезды, а на целевое изучение конкретных проблемных участков на полях.

Средняя цена для обследования — 40–50 рублей за гектар, она зависит от объема и условий работы. Получается, что компаниям нужно заплатить за обследование от нескольких сотен тысяч рублей до нескольких миллионов. Эти суммы в сравнении с другими тратами фермеров не такие большие, но в будущем компания планирует оптимизировать расценки.

Вот из чего складывается цена:

Свои наработки. Создает алгоритмы, методологии сбора и обработки данных. Оптимизирует под себя беспилотники и камеры.

Специалисты. Операторы беспилотников — пока еще редкая и поэтому высокооплачиваемая профессия. Специалистов по обработке тоже маловато. Кроме того, компания почти никогда не находит готовых сотрудников, всегда дополнительно дообучает специалистов для работы.

Логистика. Захар начал бизнес в родной Пензе. Здесь у них всего 3–4 клиента в год. Это очень мало, поэтому GeosAero работает по всей европейской части России. Полевая бригада тратит два дня на проезд к клиенту и обратно, и эта логистика сильно отражается на стоимости услуг.

У компании есть наработка: по косвенным признакам строить предположение, как развивается поле, в каких местах есть заболевания, где расположены очаги сорной растительности. И потом уже для экономии времени не летать над всем полем, а обследовать точечно. Так оптимизируется время полета и сбор данных. Это актуально: иногда облетать всю площадь экономически нецелесообразно, достаточно изучить 10–20% поля.

В компании два основных отдела: полевой — занимается сбором данных и отдел аналитики — работает с обработкой данных.

Полевая бригада состоит из двух человек. Такая команда управляет тремя беспилотниками самолетного типа и проводит обследование на площади до 20 000 гектаров за один день.

На крупных проектах «ГеосАэро» использует прицепы — автономные пункты управления. В них сотрудники комфортно живут до недели и максимально используют летний световой день: запускают беспилотник в 6 утра и заканчивают в 10 вечера.

В России так делать не получится. Во-первых, в селах часто нет нормального интернета, чтобы загружать огромные объемы информации. Во-вторых, площади не 500 и не 1000 гектаров, а 10 000, 100 000 и даже 500 000 гектаров — то есть в тысячу раз больше. Ни зарубежные алгоритмы, ни любительская техника не справятся с такими масштабами земель и полученных данных.

GeosAero использует беспилотники самолетного типа, потому что у них большая производительность, а для России это ключевой фактор.

У промышленных беспилотников установлено стандартное программное обеспечение для планирования полета. Каждый новый сотрудник GeosAero проходит обучение, как им пользоваться. У компании также есть свои наработки по маршрутам обследования, но пока эти алгоритмы в промышленную эксплуатацию не вышли.

Аэрофотосъемка зимой бессмысленна, поскольку все покрыто снегом. В южных регионах съемку можно начинать пораньше, в феврале — марте. Например, в Краснодарском крае иногда снег практически не ложится.

Несмотря на занятость, команда уже третий год подряд участвовала в интенсиве Архипелаг для технологических предпринимателей с проектом цифровой картографии. Главный запрос компании — не прокачка проекта, а поиск нового сотрудничества. Несколько партнеров участие уже принесло.