GPS+INS 無人機(jī)徹底改變精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

Septentrio GNSS/INS 可實(shí)現(xiàn)直接地理配準(zhǔn)，攝影測量無需圖像拼接
世界人口正在增加，預(yù)計(jì)到 2025 年將達(dá)到 80 億。但是如何在養(yǎng)活不斷增長的人口的同時(shí)保護(hù)我們的森林和野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)呢？答案在于利用技術(shù)來更有效地利用我們現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)土地。

什么是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)？
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是指利用傳感器、GPS、控制系統(tǒng)、機(jī)器人等信息技術(shù)和高科技設(shè)備，使農(nóng)作物或畜牧業(yè)的生產(chǎn)過程更加精確和受控。精密農(nóng)業(yè)的概念誕生于 1990 年左右，其主要應(yīng)用是拖拉機(jī)制導(dǎo)。如今，從空中作物監(jiān)測到自動(dòng)定向噴灑，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和自動(dòng)化正在變得司空見慣。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)市場呈指數(shù)級(jí)增長，根據(jù)預(yù)測報(bào)告，到 2025 年價(jià)值將超過 100 億美元。

高精度 GPS+INS 打開新可能性之門
開闊的田野是 GPS 定位的理想環(huán)境，衛(wèi)星能見度很少被遮擋。Sentera是一家總部位于明尼阿波利斯的公司，利用高質(zhì)量的 GPS + INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）技術(shù)及其行業(yè)領(lǐng)先的多光譜相機(jī)和人工智能來創(chuàng)建尖端的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)傳感器。

圖 1：Sentera 無人機(jī)上的 GNSS+INS 傳感器提供高度準(zhǔn)確的定位和方向信息，無需軟件拼接即可創(chuàng)建正射影像。這稱為直接地理配準(zhǔn)。
 

Sentera 的傳感器由無人機(jī)飛行，以創(chuàng)建準(zhǔn)確的地圖，顯示作物健康狀況、雜草和害蟲位置以及植物數(shù)量。高品質(zhì)RGB和NDVI（歸一化植被指數(shù)）相機(jī)與AI圖像識(shí)別軟件相結(jié)合。NVDI 相機(jī)甚至可以在人眼識(shí)別之前檢測到許多作物問題。然后用 Septentrio 多頻多 GNSS 接收器（GNSS：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GPS 是其一部分）提供的精確位置信息對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)記。最重要的是，圖像位置信息通過與 GPS 接收器耦合的 INS 提供的 3D 方向（航向、俯仰和橫滾）得到增強(qiáng)。

以下列出了高精度 GNSS+INS 技術(shù)（例如 Sentera 的傳感器）為當(dāng)今農(nóng)場測繪帶來的 5 個(gè)優(yōu)勢：

精確的雜草和害蟲地圖可作為現(xiàn)代大型噴霧器的輸入，這些噴霧器的噴霧精度可達(dá)到分米級(jí)。僅在需要的地方噴灑可節(jié)省成本并減少化學(xué)品和肥料使用對(duì)環(huán)境的影響。
當(dāng)兩種不同的植物物種種植在相鄰的行中時(shí)，需要精確定位來監(jiān)測每個(gè)物種。一個(gè)這樣的例子是在兩個(gè)不同農(nóng)田的連接邊界處。另一個(gè)例子是植物育種場，不同的植物雜交種占據(jù)彼此相鄰的小面積試驗(yàn)田。
實(shí)地勘察完成速度更快，覆蓋范圍更廣。利用高精度定位和方向信息，無需使用圖像拼接軟件。圖像被投影在地形模型上，它們的精確定位用于創(chuàng)建單個(gè)正射圖像。這稱為“直接地理配準(zhǔn)”。與基于兩張或多張相鄰重疊照片之間的特征匹配的傳統(tǒng)圖像拼接過程不同，直接地理配準(zhǔn)對(duì)圖像重疊要求不敏感。不太嚴(yán)格的重疊要求意味著無人機(jī)可以在距離較遠(yuǎn)的線路中飛行，從而用一塊電池實(shí)現(xiàn)更廣泛的領(lǐng)域覆蓋。 
由于不需要圖像拼接，因此簡化了圖像處理步驟，并且可以在傳感器上實(shí)時(shí)獲得現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，無需云計(jì)算或后處理。
高質(zhì)量的定位和相機(jī)傳感器允許更高的高度飛行，增加每張圖像中捕獲的陸地表面積，并導(dǎo)致每次飛行的總覆蓋面積更大。相機(jī)方向的小誤差對(duì)較高高度的圖像投影精度有更大的影響，但傳感器技術(shù)的最新進(jìn)展使無人機(jī)能夠飛得更高，同時(shí)仍然為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用收集足夠精度的數(shù)據(jù)。
圖像

圖 2：右圖顯示了需要圖像拼接的傳統(tǒng)攝影測量飛行。左圖顯示了直接地理配準(zhǔn)的飛行，無需圖像拼接。直接地理配準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)低圖像重疊，從而實(shí)現(xiàn)更高的覆蓋率和出色的空間精度，從而無需拼接即可進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像分析。
 
GNSS+INS 無需拼接即可實(shí)現(xiàn)正射圖像  
Sentera 利用 Septentrio AsteRx-i GNSS + INS 接收器進(jìn)行厘米級(jí)定位和定向?！拔覀冞x擇 Septentrio 是因?yàn)樗麄儞碛惺袌錾献詈玫男詢r(jià)比，”Sentera 首席嵌入式軟件工程師 Brian Eickhoff 說道。“集成過程非常順利，我們看到了出色的定位性能和可靠性。GNSS + INS 系統(tǒng)能夠提供足夠準(zhǔn)確的定位和方向信息，以創(chuàng)建正射校正馬賽克，而無需圖像拼接?！?/span>

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)解決方案，例如 Sentera 提供的作物監(jiān)測傳感器，可幫助農(nóng)民就作物做出明智的決策。優(yōu)化產(chǎn)量和節(jié)省成本可以提高作物生產(chǎn)效率，幫助農(nóng)民為未來做好準(zhǔn)備。

觀看上面的Sentera 視頻，了解正在運(yùn)行的農(nóng)作物監(jiān)測無人機(jī)。這些無人機(jī)配備了 Sentera 最新的 6X 多光譜傳感器以及 Septentrio 的 GNSS + INS 定位和姿態(tài)（航向、俯仰和橫滾）系統(tǒng)。

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