طراحي و ساخت يك سامانه ارزان قيمت مبتني بر پهپاد سنجش از دور به منظور پايش حيات وحش

Low Cost UAV-based Remote Sensing for Autonomous Wildlife Monitoring

در يك دهه ي اخير، استفاده از تكنولوژي پهپاد مبتني بر تكنيك هاي فتوگرامتري جهت اخذ تصاوير پوشش دار هوايي با كاربردهاي متنوع نظير پايش محيط زيست، نقشه برداري شهري، ميراث فرهنگي، معدن و زمين شناسي گسترش يافته است. اين امر در نتيجه ي دسترسي، هزينه ي پايين كاربري و اخذ داده ها توسط پهپادها مي باشد. پهپادهاي سنجش از دور با امكان پرواز در ارتفاع پايين و اخذ تصاوير با قدرت تفكيك طيفي و مكاني بالا، زمينه ي پايش جانوران را در مناطق صعب العبور فراهم مي نمايند. با اين حال پايش جانوران به دليل عواملي نظير هزينه بالاي سنجنده هاي حرارتي و بررسي زمان بر هزاران تصوير اخذ شده جهت تشخيص جانوران، پر هزينه و وقت گير مي باشد. در اين مقاله، هدف پايش جانوران با استفاده از تكنيك هاي فتوگرامتري و پردازش هاي آني و خودكار تصاوير يك سامانه پهپاد است. بدين منظور يك سامانه پهپاد سنجش از دور ارزان قيمت مجهز به سنجنده هاي حرارتي و نور مرئي طراحي مي شود تا علاوه بر بهبود مشكلات روش هاي سنتي در پايش جانوران، يك راه حل كاملا خودكار، سريع و ارزان در پايش جانوران ارائه دهد. سامانه پيشنهادي شامل دو بخش سخت افزار و نرم افزار است. در بخش سخت افزار، يك سنجنده حرارتي و يك سنجنده ي نور مرئي به يك رايانه ي جانبي متصل و كنترل مي شوند. از سوي ديگر، درگاه اطلاعاتي ميان رايانه پرواز و رايانه ي جانبي برقرار شده تا اطلاعات واحد اندازه گيري اينرشيال و سنجنده موقعيت ياب جهاني هم زمان با اخذ تصاوير ثبت و به منظور پردازش آني تصاوير استفاده شوند. در بخش نرم افزاري اين سامانه، سنجنده ها با برنامه دقيق زماني هر دو ثانيه يك برداشت انجام مي دهند. سپس به منظور هم مرجع سازي تصاوير حرارتي و نورمرئي، از الگوريتم هيستوگرام تناسب فاز جهت دار ((Histogram of Oriented Phase Congruency (HOPC) استفاده مي شود. در مرحله بعد، پس از حذف پوشش گياهي و اعمال شاخص هاي تصويري مبتني بر باند حرارتي و نور مرئي، تصاوير قطعه بندي شده و با اعمال حدآستانه بر روي ابعاد قطعات، قطعات مربوط به جانوران استخراج مي شود. در نهايت با اعمال شرط هم خطي، موقعيت جانوران محاسبه شده و بر اساس نتايج حاصل شده، سامانه پيشنهادي قادر است 83% جانوران موجود در تصوير را با دقت 17/2 متر براي موقعيت مكاني آنها شناسايي نمايد.

In recent years, developments in unmanned aerial vehicles, lightweight on-board computers, and low-cost thermal imaging sensors offer a new opportunity for wildlife monitoring. In contrast with traditional methods now surveying endangered species to obtain population and location has become more cost-effective and least time-consuming. In this paper, a low-cost UAV-based remote sensing platform is introduced. It is a small, low-cost, flexible remote sensing platform, which was accomplished object detection, classification, and measures the accurate GPS coordinates of animals in wild or agriculture areas. The paper describes both hardware and software architecture of a UAV such as thermal image sensor, an RGB camera, on-board computer, object detection, and recognition algorithms. While flying the onboard computer run a developed program to achieve real-time detection and path planning. The proposed system proved to be capable of detecting 83% of animals with a spatial accuracy of 2.17 meters.