Row following and altitude estimation with UAV images for agricultural fields

Abstract

Traditional methods in agriculture involve the use of tractors; however, more than 10\% of the planted fields suffer from harvest losses due to these vehicles. Moreover, tractors cannot enter all agricultural lands, thus reducing the available field for planting. After heavy rainfall, mud and other effects prevent these vehicles from accessing arable field, and processes such as crop spraying take significantly longer. In the past, aerial spraying methods using high altitude aircraft were attempted to overcome these problems; however, this method was banned in many areas due to the insufficient altitude and the harmful effects of chemical dispersion outside the fields. Nowadays, UAVs present a better alternative, and aerial spraying methods are regaining popularity. However, these vehicles can still cause errors when flying with a human operator, and their flight times are limited due to inadequate battery capacity. Therefore, the development of UAVs capable of autonomous flight reduces operator costs. However, during flight, liquid changes in the pesticide tanks hinder the UAV's ability to spray pesticides autonomously at a fixed altitude and prevent unwanted pesticide dispersion in undesirable rows. The thesis study provides following of plant rows on UAV images and making altitude estimation from camera images. In this way, it ensures that the UAVs in agricultural areas can stay at a fixed altitude for appropriate spraying and irrigation and prevents the spread of pesticides to unwanted rows.

Mevcut tarımsal alanlarda geleneksel yöntem traktör kullanımı olmakta, yer araçlarının girdiği tarlaların önemli bir kısmında ekili arazilerin \%10 ve üstünde hasat kaybına yol açmaktadır. Ayrıca yine traktör girebilmesi amacıyla tarım arazilerinin tamamı bitki ekimi için kullanılamamaktadır. Yağmur sonrası çamur vb.etkilerin de oluşması, eğimli araziler bu araçların tarlaya girmesini önlemekte ve bitkilerin ilaçlanması gibi işlemler çok daha uzun vakitler alabilmektedir. Bu sorunları aşmak amacıyla geçmiş yıllarda denenen havadan uçak ile ilaçlama yöntemleri maalesef yeterli irtifanın sağlanamaması ve ilacın tarla dışına yayılması sonucu çevreye zararlı etkiler bırakması nedeniyle pek çok yerde yasaklanmıştır. Günümüzde İHA'lar daha iyi birb alternatif oluştutabilmekte ve havadan ilaçlama yöntemleri tekrar popülerlik kazanmaktadır. Ancak bu araçların da insan operatör eşliğinde uçmaları hatalar meydana getirebilmekte ve batarya kapasitelerinin yetersizliği nedeniyle uçuş süreleri kısalmaktadır. Dolayısıyla otonom özellikte uçuş yapabilen araçların geliştirilmesi operatör maliyetlerini düşürmektedir. Ancak bu araçların uçarken ilaç haznelerindeki sıvı değişimleri aracın sabit irtifada otonom şekilde ilaçlama yapılmasının önünde engel oluşturmaktadır. Tez çalışması, İHA görüntüleri üzerinden bitki sıralarının takibinin yapılması ve kamera görüntülerinden yükseklik tahmini yapılmasını sağlanmaaktadır. Bu şekilde tarım alanlarındaki İHA'ların uygun ilaçlama ve sulama çalışmaları için sabit irtifada kalabilmelerini sağlamakta ve istenmeyen sıralara ilaç yayılmasını engellemektedir.