Розробка комп'ютерної системи поливу з використанням дронів

Abstract

Об’єкт дослідження – процес автоматизованого точкового поливу сільськогосподарських угідь із використанням безпілотних літальних апаратів. Предмет дослідження – апаратно-програмна платформа, яка забезпечує збір даних із сенсорів, планування маршрутів дронів і управління скиданням води. Мета роботи – створити надійну, масштабовану та економічно виправдану систему, що виконує автоматизований полив із урахуванням стану ґрунту, потреб рослин і метеоумов. У першому розділі обґрунтовано актуальність і сформульовано завдання дослідження. Другий розділ присвячений аналізу сучасних технологій точного землеробства та прикладних рішень із використання дронів у сільському господарстві: порівняно різні типи мультиспектральних і теплових сенсорів, протоколи зв’язку LoRa, 4G, Wi-Fi і GPS-навігацію з RTK-корекцією. У третьому розділі розглянуто теоретичні основи побудови систем поливу: моделі водного балансу, розрахунок евапотранспірації (метод FAO Penman-Monteith), алгоритми оптимізації маршрутів і адаптивного керування скиданням рідини. Четвертий розділ описує практичну реалізацію: вибір дрона та сенсорного обладнання, розробку мікропрограми для поливу на Arduino/PX4, створення бекенду на Python/Flask для планування місій і веб-інтерфейсу користувача, моделювання в середовищі Gazebo та польові випробування. У п’ятому розділі наведено результати тестування системи в реальних умовах: точність скидання, економія води до 35 % порівняно з крапельним поливом, аналіз продуктивності та екологічний вплив.The object of this research is the process of automated spot irrigation of agricultural fields using unmanned aerial vehicles. The subject of this research is the hardware and software platform that ensures data collection from sensors, route planning for drones, and control of water release. The aim of this work is to create a reliable, scalable, and economically justified system that performs automated irrigation, taking into account soil conditions, plant needs, and meteorological factors. The first section substantiates the relevance of the topic and formulates the research tasks. The second section is devoted to the analysis of modern precision agriculture technologies and applied solutions for drone-based irrigation in agriculture: it compares various types of multispectral and thermal sensors, communication protocols such as LoRa, 4G, and Wi-Fi, and GPS navigation with RTK correction. The third section examines the theoretical foundations of irrigation systems: water balance models, evapotranspiration calculation using the FAO Penman-Monteith method, route optimization algorithms, and adaptive control of liquid release. The fourth section describes the practical implementation: selection of the drone and sensor equipment, development of irrigation firmware for Arduino/PX4, creation of a Python/Flask backend for mission planning and a web user interface, simulation in the Gazebo environment, and field testing. The fifth section presents the results of testing the system under real conditions: drop-release accuracy, water savings of up to 35 % compared to drip irrigation, performance evaluation, and environmental impact assessment.