Na optimalizáciu úrody je nevyhnutné vykonať analýzu pôdy a vegetácie. Pri nej sa zbierajú napríklad dáta o stave pozemných vôd, obsahu živín v pôde a miere výskytu škodcov. Dáta musia byť čo najaktuálnejšie a najpresnejšie, aby sa v prípade potreby dalo rýchlo a presne reagovať. Malé polia je možné skontrolovať osobnou obhliadkou a manuálnym odberom vzoriek pôdy. Pri veľkých agrárnych plochách je však tento spôsob časovo veľmi náročný, nákladný a navyše nie veľmi presný, pretože z celej plochy sa odoberie iba niekoľko vzoriek. Čím je teda využívaná poľnohospodárska plocha väčšia, tým je väčšia potreba realizácie efektívneho merania.
Monitorovanie životného prostredia s multispektrálnym spracovaním obrazu
Alternatívu získavania dát predstavuje monitorovanie životného prostredia zo vzduchu, napr. prostredníctvom lietadla alebo satelitu. Výhodou je, že za pomoci snímok zo vzduchu je možné zaznamenať a analyzovať veľké plochy krajiny. To je mimoriadne efektívne, ak sa pri digitálnom zázname využívajú metódy spektroskopie, pretože ňou sa dá napr. zistiť, koľko energie vo forme množstva svetla alebo elektromagnetických vĺn absorbuje alebo odráža rastlina. Zelené rastliny odrážajú vo viditeľnom spektre relatívne málo červeného svetla (vlnová dĺžka od 600 do 700 nm), ale v infračervenej oblasti (od 650 do 1100 nm) relatívne veľa.
Navyše odrážanie v tzv. blízkej infračervenej oblasti (na kraji infračervenej oblasti v blízkosti vlnových dĺžok viditeľných pre ľudské oko) silno koreluje s vitalitou rastliny. Čím je vitálnejšia, tým väčší je stupeň odrážania v tejto spektrálnej oblasti. Na rozdiel od bežných snímok zo vzduchu, na ktorých sa dajú rozpoznať iba les, voda a otvorené plochy, ponúka multispektrálne spracovanie obrazu možnosť rozoznať, či rastliny potrebujú vodu, živiny alebo sú napadnuté škodcami. Ďalšie možnosti využitia sa nachádzajú v geológii (analýza hornín) a v monitorovaní životného prostredia (detekcia znečistenia ropnými látkami, hydrologické štúdie a rizikový manažment).
Na uskutočnenie multispektrálného merania je potrebné svetlo rozložiť na jednotlivé vlnové dĺžky prostredníctvom optického hranola a zaznamenať pomocou špeciálnych kamerových systémov. Takéto kamerové systémy sa napr. nachádzajú v satelitoch, ktoré z celej zemegule nepretržite zbierajú dáta o globálnych klimatických zmenách a následných zmenách vo vegetácii. Tieto satelitné dáta sú však len ťažko dostupné a zriedka ponúkajú poľnohospodárstvu najaktuálnejšie možné dáta. K zberu aktuálnych dát sa preto využívajú aj lietadlá, čo je však finančne veľmi nákladné a oplatí sa v európskych pomeroch iba v mimoriadnych prípadoch, keď ide o monitorovanie veľkej agrárnej rozlohy. Finančne efektívne a ešte aj k životnému prostrediu prívetivé riešenie je naproti tomu získavanie dát za pomoci bezpilotného lietajúceho objektu, ktoré je riadené zo zeme prostredníctvom rádiových vĺn.
Päť súbežných obrazových kanálov
Pre využitie v UAV vyvinuli výskumníci spoločnosti CTR systém spracovania obrazu na multispektrálnu analýzu, ktorý je schopný zaznamenávať a automaticky analyzovať tri obrazové kanály vo viditeľnom pásme (400 – 500 nm, 500 – 590 nm a 590 – 670 nm) a dva obrazové kanály v blízkej infračervenej oblasti (670 – 850 nm a 850 – 1000 nm). Systém sa integroval do lietajúceho objektu UAV CAMCOPTER S-100 od firmy Schiebel a úspešne otestoval v letovej prevádzke. Inovácia nového CTR systému spočíva v tom, že na rozdiel od doterajších hyperspektrálnych metód získavania snímok sa prvý raz nasadil multikanálový kamerový systém od Quest Innovations.
Výhoda takéhoto kamerového návrhu je v tom, že sa súbežne zaznamenáva päť kanálov, ktoré zobrazujú presne ten istý obrazový výrez a následná synchronizácia piatich kanálov tak nie je potrebná. Dosahuje sa tým enormná úspora výpočtovej kapacity, náročných algoritmov a teda aj úspora nákladov. Všetkých päť CCD senzorov využíva jednu optiku. Rozlíšenie každého snímača je 1280 x 1024 bodov, čo z výšky 150 m nad zemou predstavuje na jeden bod 10 cm2. Pre porovnanie, systémy umiestnené na lietadlách ponúkajú v závislosti od výšky rozlíšenie na jeden bod 2,5 až 10 metrov. Každý snímač je schopný zaznamenávať 30 snímok za sekundu, čo pri piatich CCD snímačoch predstavuje dátový tok viac ako 210 MB/s. Na prevádzku UAV postačuje jeden človek, operátor, ktorý riadi zariadenie zo zeme.
Vysoké nároky na hardvér
Na spoľahlivé spracovanie takéhoto enormného objemu dát počas letu je potrebný vhodný zabudovaný výpočtový systém, ktorý sa môže integrovať priamo do UAV. „Po prvé, potrebovali sme PC hardvér dostatočne výkonný na to, aby dokázal bez problémov spracovávať dátový tok 210 MB/s. Po druhé, v občas drsnom prostredí UAV musí byť počítač obzvlášť robustný a odolný voči vibráciám. Navyše, vzhľadom na obmedzenú záťaž UAV musí byť hardvér kompaktný a ľahký, schopný sa bez problémov zmestiť do utesnenej skrinky. Vďaka komplexnému poradenstvu od firmy Next system sme sa orientovali na produktové portfólio spoločnosti Kontron. "Za veľkú výhodu sme považovali za fakt, že nami vybraný systém bol k dispozícii ako individuálne konfigurovateľný štandardný produkt, čím sa výrazne zredukovali nároky na prispôsobenie a čas potrebný na uvedenie na trh,“ vysvetľuje Martin De Biasio, projektový vedúci v CTR.
V CTR sa napokon rozhodli pre Kontron V-Box Express II. Tento modulárny Embedded Box PC je rozšíriteľný podľa požiadaviek zákazníka prostredníctvom štandardných kariet PCI a PCI Express a integruje výkonné jadro ETXexpress typu počítač na module. To je v súlade so štandardom PICMG COM Express, z čoho môže CTR profitovať dlhodobým dizajnovým zabezpečením a škálovateľným výkonom. Navyše sú počítače na moduloch k dispozícii v rôznych výkonových triedach a je možné ich medzi sebou bez problémov zamieňať.
To znamená, že ak vznikne v budúcnosti požiadavka vyššieho výkonu, stačí vymeniť počítač na module za výkonnejší model s najnovšou procesorovou technológiou. Hardvérovú kontinuitu zabezpečuje CTR dlhodobá disponibilita systému od Kontronu (do 5 rokov) ako aj vysoká spoľahlivosť samotného systému (stredný čas medzi poruchami je 40 000 hodín). K tomu okrem energeticky efektívneho dizajnu (bez ventilátorov) prispieva aj odolnosť voči nárazom a vibráciám (IEC 60068-2-27 a IEC 60068), ktorú Kontron zaručuje rozsiahlym testovaním vo vývojovej a výrobnej fáze.
Konfigurovateľný systém pre CTR bol navyše vybavený mimoriadne robustným SSD diskom na ukladanie dát. Vďaka PCI Express slotu v V-Box Express II bolo možné bez problémov integrovať aj kartu na spracovanie snímok z viackanálového kamerového systému. Počítač ma okrem iného kompaktné rozmery (235 x 330 x 130 mm), vďaka čomu sa bez ťažkostí mohol umiestniť na UAV bez toho, aby sa negatívne ovplyvnili jeho letové schopnosti. V tejto súvislosti bola dôležitá aj vysoká energetická efektívnosť počítača, ktorý si vystačí iba s pasívnym chladením a tak sa bez akýchkoľvek problémov môže namontovať v uzatvorenej skrinke na samotné UAV.
