Обоснование параметров беспилотной системы для автоматизированного мониторинга животных на пастбище

В работе приведено обоснование основных параметров беспилотной системы автоматизированного мониторинга стада на пастбище за счет автоматизации измерения текущих физиологических показателей животных для повышения эффективности и оперативности надзора за ними в условиях свободного выпаса. Исследования основывались на теории радиосвязи о распространении радиоволн, а также применен графоаналитический метод для расчета параметров элементов в составе беспилотной системы автоматизированного мониторинга животных на пастбище. Для измерения времени полета беспилотного летательного аппарата (БПЛА) над реальным пастбищем был применен квадрокоптер типа DJI Phantom 4 Advanced. В качестве полезной нагрузки был взят вес 350 г. В качестве пастбища использовали опытное поле в ОХ «Кутузовка» Харьковского района Харьковской области площадью 200 га. Исследования выполнены летом 2021 г. На основе известных исследований процессов, способов и технических средств мониторинга физиологического состояния животных на пастбище установлено, что для дистанционного мониторинга целесообразно применять новейшие технические средства, включая аппараты воздушного базирования. Среди них БПЛА вертолетного типа, а также элементы системы радиотелеметрии (РТМ), индивидуальные бирки и датчики физиологических параметров животного. При этом беспилотная система автоматизированного мониторинга в сочетании с элементами РТМ сможет обеспечить передачу физиологических данных с любых датчиков, находящихся на теле животного или внутри него. Данные передаются на основной пункт приема информации с целью обработки на компьютере и выдачи рекомендаций специалистам (ветеринарам, зоотехникам и т.п.).  Рассчитаны мощность аппаратуры ретрансляции на борту БПЛА – не менее 60 мВт и дальность связи с транспондером животного – не более 0,8 км. Экспериментально установлены основные параметры полета БПЛА над пастбищем площадью 200 га – высота 20 м, скорость 8,7 км/ч, время 27,5 мин, полезная нагрузка 350 г.

1. Rutten C. J., Velthuis A. G. J., Steeneveld W., Hogeveen H. Invited review: sensors to support health management on dairy farms. Journal of Dairy Science. 2013;96(4):1928-1952. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2012-6107

2. Steeneveld W., Vernooij J. C., Hogeveen H. Effect of sensor systems for cow management on milk production, somatic cell count, and reproduction. Journal of Dairy Science. 2015;98(6):3896-3905. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2014-9101

3. Steeneveld W., Hogeveen H. Characterization of Dutch dairy farms using sensor systems for cow management. Journal of Dairy Science. 2015;98(1):709-717. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2014-8595

4. Shigimaga V. A., Kosulina N. G., Chorna М. О., Вorodaj I. I. Prospective aspects in the robotization development of animal husbandry processes. Engineering of nature management. 2021;4(22):77-81.

5. Шигимага В. А., Файзуллин Р. А., Косулина Н. Г., Сухин В. В., Коршунов К. С. Автоматические системы контроля и коррекции рационов кормления животных. The scientific heritage. 2021;(78-1):45-50. DOI: https://doi.org/10.24412/9215-0365-2021-78-1-45-50

6. Шигимага В. А., Файзуллин Р. А. Роботизированные системы контроля и управления качеством первичных продуктов животноводства: монография. Ижевск: Алкид, 2020. 162 с.

7. Nanka О., Shigimaga V., Paliy A., Sementsov V., Paliy A. Development of the system to control milk acidity in the milk pipeline of a milking robot. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018;3(9(93)):27-33. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133159

8. Henry D., Aubert H., Ricard E., Hazard D., Lihoreau M. Automated Monitoring of Livestock Behavior Using Frequency-Modulated Continuous-Wave Radars. Progress In Electromagnetics Research. 2018;69:151-160. DOI: https://doi.org/10.2528/PIERM18040404

9. Rushen J., Chapinal N., De Passille A. M. Automated monitoring of behavioral-based animal welfare indicators. Animal Welfare. 2012;21(3):339-350. DOI: https://doi.org/10.7120/09627286.21.3.339

10. Rivas A., Chamoso P., González-Briones A., Corchado J. M. Detection of Cattle Using Drones and Convolution Neural Networks. Sensors. 2018;18(7):2048. DOI: https://doi.org/10.3390/s18072048

11. Hazard D., Bouix J., Chassier M., Delval E., Foulqui D., Fassier T., Bourdillon Y., Franois D., Boissy A. Genotype by environment interactions for behavioral reactivity in sheep. Journal of Animal Science. 2016;94(4):1459-1471. DOI: https://doi.org/10.2527/jas.2015-0277

12. Austin R. Unmanned Aircraft Systems. UAVS Design, Development and Deployment. John Wiley & Sons Ltd. 2010. 368 p. URL: https://www.jar2.com/Files/Reg_Austin_-_Unmanned_Air_Systems_UAV_Design__Development_and_Deployment_-_2010.pdf

13. Wichmann F. A., Drewes J., Rosas P., Gegenfurtner K. R. Animal detection in natural scenes: Critical features revisited. Journal of Vision. 2010;10(4):6. DOI: https://doi.org/10.1167/10.4.6

14. Webb P., Mehlhorn S. A., Smartt P. Developing Protocols for Using a UAV to Monitor Herd Health. Proceedings of the 2017 ASABE Annual International Meeting. Spokane, WA, USA. 16-19 July 2017. DOI: https://doi.org/10.13031/aim.201700865

15. Nyamuryekung’e S., Cibils A. F., Estell R. E., Gonzalez A. L. Use of an unmanned aerial vehicle – Mounted video camera to assess feeding behavior of raramuri criollo cows. Rangeland Ecology & Management. 2016;69(5):386-389. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rama.2016.04.005

16. Ham Y., Han K. K., Lin J. J., Golparvar-Fard M. Visual monitoring of civil infrastructure systems via camera-equipped Unmanned Aerial Vehicles (UAVs): A review of related works. Visualization in Engineering. 2016;4:1. DOI: https://doi.org/10.1186/s40327-015-0029-z

17. Verschhor C. R. Conservation Drones for Animal Monitoring. 2016. 25 p. DOI: https://doi.org/10.13140/RG.2.1.3921.7681

18. Hodgson J. C., Baylis S. M., Mott R., Koh L. P. A comparison of the accuracy of simulated animal counts using traditional and UAV-assisted methods. Open Science Framework. 2016. DOI: https://doi.org/10.17605/osf.io/a6n3b

19. Боев Н. М. Анализ командно-телеметрической радиолинии связи с беспилотными летательными аппаратами. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2012;(2(42)):86-91. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17911550 EDN: PBYXTR