XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) представляют собой инновационную и быстроразвивающуюся область в авиационной и аэрокосмической отраслях. Развитие БПЛА привлекает все больше внимания и становится все более актуальным. БПЛА нашли широкое применение в гражданской сфере. Они используются для воздушного обнаружения и наблюдения, экологического мониторинга, доставки грузов и почты, а также в сельском хозяйстве и геодезии.

БПЛА имеют множество применений в сельском хозяйстве. Рассмотрим некоторые примеры:

1) Мониторинг и картографирование: БПЛА могут использоваться для сбора данных о состоянии почвы, растений и урожая. Они могут снимать высококачественные аэрофотоснимки и создавать точные карты полей, что позволяет агрономам и фермерам получать информацию о росте растений, наличии вредителей, дефиците влаги и других факторах, влияющих на урожайность.

2) Защита растений: БПЛА могут использоваться для определения местоположения и распространения вредителей и болезней растений. Это позволяет более точно и эффективно применять инсектициды и фунгициды, минимизируя использование химических веществ и снижая негативное воздействие на окружающую среду.

3) Полив и удобрение: БПЛА могут использоваться для определения оптимальных мест для полива и распределения удобрений. Они могут собирать данные о влажности почвы и плотности растений, что позволяет оптимизировать процессы полива и удобрения, улучшая эффективность использования ресурсов.

4) Управление скотом: БПЛА могут использоваться для мониторинга и управления пастбищами и стадами скота. Они могут помочь в определении оптимальных мест для выпаса, контролировать состояние пастбищ и обнаруживать потенциальные проблемы, такие как отсутствие пастбищ или проблемы со здоровьем животных.

5) Анализ почвы: БПЛА могут использоваться для сбора образцов почвы и проведения анализа их состава. Это помогает определить оптимальные условия для разных культур, оптимизировать применение удобрений и повысить урожайность.

6) Проверка и обследование: БПЛА могут использоваться для проверки состояния и обследования сельскохозяйственных зданий, оград, систем полива и других инфраструктурных объектов. Это позволяет выявить потенциальные проблемы и провести ремонтные работы вовремя.

В целом, использование БПЛА в сельском хозяйстве позволяет повысить эффективность процессов, снизить затраты на ресурсы и улучшить управление сельскохозяйственными операциями [4]. Таким образом ставится вопрос подбора наиболее подходящего типа БПЛА для задач, которые стоят перед конкретным хозяйством. Так как при выборе БПЛА необходимо учесть ряд условий и параметров, то задача выбора становится многокритериальной. Так, например, важными критериями при выборе являются:

1) Время полета. БПЛА, который приобретается, должен иметь достаточное время полета, чтобы покрыть желаемую площадь.

2) Камера. У приобретаемого оборудования должна быть качественная камера, чтобы можно было делать четкие снимки и видео культур. Особенно камера важна если планируется применять БПЛА для картографии.

3) Дальность полета. У БПЛА должна быть достаточная дальность полета, которая необходима в соответствии с посевными или любыми другими площадями.

4) Скорость. Показатель достаточно важный, так как в некоторых работах - чем быстрее, тем эффективнее.

Кроме перечисленных критериев, также необходимо учитывать вес БПЛА, его стоимость, а также в последнее время одним из критериев при выборе становится наличие интеллектуальных возможностей коптера.

При выборе БПЛА был использован метод анализа иерархий [5] и инструментальное средство - СППР «Решение» [2, 3].

Сначала построим трехступенчатую иерархию (рисунок 1): проблема, критерии, альтернативы. Проблема – Сравнительный анализ БПЛА для агропромышленности. Критерии перечислены выше. А в качестве альтернатив рассматривались наиболее популярные в 2023 году БПЛА, предназначенные для сельскохозяйственных работ [1, 6].

Рисунок 1 – Трехступенчатая иерархия

Далее проведем попарно сравнение всех критериев между собой. Результаты сравнения приведены на рисунке 2. Как видно из рисунка, наиболее важными критериями при выборе БПЛА являются: время полета и скорость, а наименее важными – вес и стоимость БПЛА.

Рисунок 2 – Матрица парных сравнений критериев

Далее проведем попарное сравнение альтернатив по каждому из критериев (рисунки 3-9).

Рисунок 3 – Матрица парных сравнений альтернатив по критерию Скорость

По критерию Скорость (рисунок 3) наилучшей альтернативой стала БПЛА DJI Inspire 2, что можно было предугадать, так как по сравнению с другими рассматриваемыми БПЛА скорость данного дрона превышает более чем в три раза. Наихудшей альтернативой стали модели DJI Phantom 4 RТК и Parrot Anafi, так как их скорость не превышаем 15 м/с.

Рисунок 4 – Матрица парных сравнений альтернатив по критерию Дальность полета

По критерию Дальность полета (рисунок 4) наилучшими БПЛА являются: DJI Mavic 2 Pro и Autel EVO II Pro, а наихудшими - Parrot Bluegrass и DJI Inspire 2.

По критерию Характеристика камеры/камер (рисунок 5) наилучший результат показала следующая альтернатива: DJI Mavic 2 Pro. Также хорошие результаты показывают альтернативы: DJI Inspire 2 и DJI Phantom 4 RТК. Наихудший результат по данному критерию у альтернатив: Swellpro SplashDrone 4 и Autel EVO II Pro Autel EVO II Pro. Также следует отметить что невысокие показатели у альтернатив: Parrot Bluegrass и Parrot Anafi.

Рисунок 5 – Матрица парных сравнений альтернатив по критерию Характеристика камеры/камер

Рисунок 6 – Матрица парных сравнений альтернатив по критерию Стоимость

Если сравниваем по критерию Стоимость (рисунок 6), то наилучший результат показывает альтернатива Parrot Anafi, а наихудший - DJI Matrice 300 RTK и DJI Mavic 2 Pro, также не очень хороший результат у альтернатив: Parrot Bluegrass и DJI Inspire 2.

Рисунок 7 – Матрица парных сравнений альтернатив по критерию Элементы интеллектуального управления

Наилучшая альтернатива по критерию Элементы интеллектуального управления (рисунок 7) - Parrot Anafi, наихудший результат сразу у трех моделей: Parrot Bluegrass, DJI Phantom 4 RТК и DJI Mavic 2 Pro.

Рисунок 8 – Матрица парных сравнений альтернатив по критерию Время полета

По критерию Время полета (рисунок 8) наилучшей альтернативой является DJI Matrice 300 RTK, наихудшие результаты у трех альтернатив: Parrot Bluegrass Parrot Bluegrass, Parrot Anafi и DJI Inspire 2.

Рисунок 9 – Матрица парных сравнений альтернатив по критерию Вес

По критерию Вес (рисунок 9) наилучшей альтернативой является Parrot Anafi, а наихудшими - DJI Matrice 300 и DJI Inspire 2.

Из группы матриц парных сравнений формируется набор локальных приоритетов, которые выражают относительную значимость определенного БПЛА среди прочих в рамках конкретного рассматриваемого критерия эффективности.

Проведя все сравнения для иерархии, можно перейти к результатам ранжирования БПЛА. Как видно из рисунка 10, наилучшей оценки заслуживают альтернативы: DJI Inspire 2 и Autel EVO II Pro. Немного уступает альтернатива DJI Matrice 300.

В дальнейшем будет продолжено исследование при изменении числа критериев отбора БПЛА, а также для выбора под конкретную область деятельности.

Рисунок 10 – Результаты сравнения БПЛА

Таким образом, для оценки критериев в условиях, когда информация достаточно неопределенна и слабо структурирована, может быть использована СППР «Решение». Система позволит собрать экспертную информацию, математически обработать ее и представить результаты вычислений в удобном виде. Кроме того, данная система позволяет находить оптимальные решения методом анализа иерархий. Полученная оценка моделей БПЛА, выполненная с помощью СППР «Решение», позволяет определить наиболее привлекательную модель из нескольких возможных с использованием метода анализа иерархий, выявить приоритетные критерии для дальнейшего анализа.

Список используемых источников

1. 10 лучших дронов «Следуй за мной» 2024 года: Дрон, который следует за тобой // URL:https://www.propelrc.com/ru/лучшие-беспилотники/

2. Ломакин В.В., Лифиренко М.В. Алгоритм повышения степени согласованности матрицы парных сравнений при проведении экспертных опросов // Фундаментальные исследования. –2013. –No11. –С. 1798-1803.

3. Ломакин В.В., Лифиренко М.В. Система поддержки принятия решений с автоматизированными средствами корректировки суждений экспертов // Экономика. Информатика. 2014. №1-1 (172).

4. Моисеев В.С. Беспилотные вертолеты сельскохозяйственного назначения. – Казань: Редакционно-издательский центр «Школа», 2023. – 407с.

5. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. –М.: Радио и связь, 1993. – 278с.

6. Топ 10 квадрокоптеров для применения в сельском хозяйстве // URL: https://dzen.ru/a/Y-uQKjSZlWhXYYsp

Код для цитирования: Скопировать