development of a spectrograph unmanned aerial vehicle for aerial imaging of agricultural farms

[ ' i n t r o d u c t i o n r n t o d a y s ' , ' t h e a p p l i c a t i o n o f n e w m e t h o d s f o r m o n i t o r i n g a n d o n l i n e m a n a g e m e n t o f a g r i c u l t u r a l f a r m s i s n e c e s s a r y t o i n c r e a s e q u a l i t y a n d q u a n t i t y o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t s . r e m o t e s e n s i n g i s o n e o f t h e t e c h n o l o g i e s t h a t c a n b e u s e d t o m o n i t o r a g r i c u l t u r a l f a r m s a n d n a t u r a l r e s o u r c e s . t h i s t e c h n o l o g y i s c a p a b l e o f d e t e c t i o n a n d p r e d i c t i o n o f f a r m c h a n g e s b y a p p l i c a t i o n o f s a t e l l i t e a n d a e r i a l i m a g e s . s a t e l l i t e i m a g e s h a v e s o m e l i m i t a t i o n s f o r a p p l i c a t i o n i n a g r i c u l t u r e ' , ' n a m e l y ' , ' h i g h c o s t ' , ' l o w r e v i s i t t i m e a n d l o w s p a t i a l a n d s p e c t r a l r e s o l u t i o n s . r n t h u s ' , ' r e c e n t l y d e s i g n o f l o w a l t i t u d e r e m o t e s e n s i n g s y s t e m i s c o n s i d e r e d a s a u s e f u l t o o l f o r g r o u n d o b s e r v a t i o n s w i t h h i g h s p a t i a l r e s o l u t i o n s . t h i s s y s t e m i s u s e d t o m o n i t o r a n d c o l l e c t o n l i n e i m a g e s f o r a g r i c u l t u r a l f a r m s o f s m a l l s p a t i a l f a r m s . s o ' , ' b y t h e i m p o r t a n c e o f a e r i a l i m a g i n g i n a g r i c u l t u r a l f a r m m a n a g e m e n t a n d l i m i t a t i o n s o f s a t e l l i t e i m a g e r y ' , ' t h e m a i n o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h i s t o d e v e l o p a n u n m a n n e d a e r i a l r e m o t e s e n s i n g s y s t e m f o r i m a g i n g a g r i c u l t u r a l f a r m s w i t h h i g h s p e c t r a l a n d s p a t i a l r e s o l u t i o n s . r n x a 0 r n m a t e r i a l s a n d m e t h o d s r n t h e c o n s t r u c t e d u n m a n n e d a e r i a l v e h i c l e ( u a v ) i s c o m p o s e d o f a e r i a l p a r t a n d g r o u n d s t a t i o n . a e r i a l p a r t i s c o m p o s e d o f c a r b o n f i b e r b o d y a n d a r m s ' , ' 8 b r u s h l e s s d c e l e c t r i c m o t o r s ' , ' 8 c o n t r o l s p e e d s ' , ' c o n t r o l b o a r d ' , ' p i d c o n t r o l l e r ' , ' a h r s s y s t e m f o r r o l l ' , ' p i t c h a n d y a w a n g l e s m e a s u r e m e n t s ( w i t h 3 g y r o s c o p e s ' , ' 3 a c c e l e r o m e t e r s ' , ' 3 m a g n e t o m e t e r s ' , ' o n e b a r o m e t e r ) ' , ' g p s ' , ' c a m e r a m o u n t w i t h 2 s e r v o m o t o r f o r c o m p e n s a t i o n o f c a m e r a v i b r a t i o n ' , 3 , ' c e l l c h a r g e a b l e l i ' , ' p o b a t t e r y ( 5 0 0 0 m a ' , ' 1 1 . 1 v ) a n d v o l t a g e m e a s u r e m e n t u n i t . a m u l t i s p e c t r a l c a m e r a ( a d c ' , ' m i c r o ' , ' t e t r a c a m c o m p a n y ) w i t h 5 2 0 ' , ' 9 2 0 n m w a v e l e n g t h s a n d 3 . 2 m e g a p i x e l c m o s s e n s o r i n g r e e n ' , ' r e d a n d n e a r i n f r a r e d b a n d s ( 6 ' , ' 1 2 v ' , ' 2 g b m e m o r y ) . r n g r o u n d s t a t i o n i s c o n s t r u c t e d f o r c o n d u c t i o n a n d c o n t r o l o f a e r i a l p a r t a n d ' , ' i n d e e d ' , ' i t i s c o n n e c t e d w i t h o p e r a t o r t o a e r i a l p a r t . g r o u n d s t a t i o n i s c o m p o s e d o f 8 f r e q u e n c y r a d i o c o n t r o l ( 2 . 4 g h f r e q u e n c i e s ) ' , ' f l i g h t m o n i t o r s o f t w a r e a n d c o n t r o l s o f t w a r e . t o t a l s y s t e m w e i g h t i s 2 k g w i t h 7 8 c m l e n g t h a n d w i d t h a n d 2 9 c m h e i g h t . t h e m a i n d u t y o f g r o u n d s t a t i o n i s f o l l o w i n g c u r r e n t p o s i t i o n a n d c o o r d i n a t i o n o f t h e u a v ' , ' v i s i t i n g f l i g h t p a r a m e t e r s a n d a d j u s t m e n t o f p r i m a r y f l i g h t p a r a m e t e r s . s e n d i n g o n l i n e i m a g e r y o f r e g a i n t o t h e g r o u n d s t a t i o n i s c a r r i e d o u t b y a c c d c a m e r a . r n t o c o n n e c t a e r i a l a n d g r o u n d p a r t s t o g e t h e r ' , ' a t e l e m e t r y s y s t e m i s u s e d . t o e v a l u a t e t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s y s t e m ' , ' c o l l e c t i n g d a t a i s c a r r i e d o u t i n a w h e a t f a r m i n t h e m o h a m m a d s h a h r ' , ' k a r a j ' , ' i r a n . r n x a 0 r n r e s u l t s a n d d i s c u s s i o n r n s o m e f a c t o r s s u c h a s f l i g h t e n d u r a n c e ' , ' f l i g h t m a x i m u m p r e l o a d ' , ' m a x i m u m a n d m i n i m u m u a v s p e e d ' , ' f l i g h t a l t i t u d e ' , ' c a m e r a m o u n t p e r f o r m a n c e a n d s p a t i a l r e s o l u t i o n a r e i n v e s t i g a t e d . s o ' , ' i m a g e r y a r e p r o c e s s e d ' , ' n d v i a n d s u p e r v i s e d c l a s s i f i c a t i o n m a p i s e x t r a c t e d . t o e v a l u a t e t h e r e s u l t s o f c l a s s i f i c a t i o n ' , ' e r r o r m a t r i x a n d o v e r a l l a c c u r a c y i s c a l c u l a t e d . b a s e d o n t h e r e s u l t s ' , ' m a n u a r i b i l t y a n d s t a b i l i t y o f t h e u a v d u r i n g t h e f l i g h t a n d a l s o i n t a k e o f f a n d l a n d i n g p o s i t i o n s w e r e s a t i s f a c t o r y . t h e r e s u l t s o f e x p e r i m e n t s s h o w e d t h a t t h e a v e r a g e t i m e e n d u r a n c e o f t h e u a v w i t h i n s t a l l a t i o n o f g p s ' , ' c c d c a m e r a ' , ' m u l t i s p e c t r a l c a m e r a i s 1 0 m i n u t e s . t h u s ' , ' t h e r e s u l t s o f u a v p r e l o a d e x p e r i m e n t s i n d i c a t e d t h a t t h e m a x i m u m p r e l o a d o f t h e d e v e l o p e d u a v i s 1 k g . a l s o ' , ' t h e m a x i m u m w i n d s p e e d f o r t h e u a v f l i g h t b a s e d o n t h e r e s u l t o f t h i s r e s e a r c h w a s 1 5 k m / h r . t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s y s t e m i s d e c r e a s e d b y i n c r e a s i n g w i n d s p e e d . t h e o p t i m u m u a v s p e e d f o r c o l l e c t i n g q u a l i f i e d i m a g e r y i s 0 ' , ' 4 0 k m / h r . i n h i g h e r s p e e d ' , ' t h e q u a l i t y o f i m a g e r y w i l l b e d e c r e a s e d . r n x a 0 r n c o n c l u s i o n r n t h e o b t a i n e d r e s u l t s f r o m t h i s s t u d y a r e : ' , ' s p a t i a l r e s o l u t i o n : b a s e d o n t h e r e s u l t s o f e x p e r i m e n t s i n t h e h e i g h t o f 2 5 0 m b y i m a g e d i m e n s i o n ( 2 0 4 8 * 1 5 3 6 ) ' , ' t h e t o t a l c o v e r e d a r e a i n i m a g e r y i s 2 . 8 h a . s o ' , ' t i m e r e s o l u t i o n b a s e d o n t h e u a v s p e e d a n d i m a g e r y s a v i n g f i l e f o r m a t i s 2 ' , ' 5 s . s o ' , ' s p a t i a l r e s o l u t i o n o f i m a g e r y i n t h e h e i g h t o f 1 0 m w a s 3 . 6 m m / p i x e l a n d i n t h e h e i g h t o f 2 5 0 m t h e o b t a i n e d i m a g e i s 9 5 m m / p i x e l . ' , ' n d v i m a p s h o w e d h i g h e r v a l u e i n d e n s e r r e g a i n s . ' , ' s u p e r v i s e d c l a s s i f i c a t i o n m a p ( m a x i m u m l i k e l i h o o d ) : t h e r e s u l t s o f e x p e r i m e n t s s h o w e d t h a t t h e o v e r a l l a c c u r a c y o f c l a s s i f i c a t i o n m a p w a s 9 3 . 9 9 % a n d k a p p a c o e f f i c i e n t o b t a i n e d 0 . 9 . c l a s s i f i c a t i o n r e s u l t s s h o w e d t h a t d i f f e r e n t c l a s s e s s u c h a s s o i l ' , ' c r o p c a n o p y ' , ' s h a d o w a n d e t c . w e r e s e p a r a t e d a n d r e c o g n i z e d c o m p l e t e l y . h i g h v a l u e o f t h e o v e r a l l a c c u r a c y a n d k a p p a c o e f f i c i e n t i n d i c a t e s t h a t t h e u a v i s c a p a b l e o f t a k i n g g o o d i m a g e r y w i t h o u t n o s e w h i c h s h o w s t h e s a t i s f i e d p e r f o r m a n c e o f c o n t r o l s y s t e m o f t h e u a v a n d c o n t r o l s y s t e m o f c a m e r a m o u n t i n o r d e r t o k e e p t h e u a v i n t h e r i g h t s i t u a t i o n a n d t o f i x c a m e r a i n t h e d e s i r e d p o s i t i o n . 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