Использование космического мониторинга и дистанционного зондирования в системе точного земледелия

      Комментарии к записи Использование космического мониторинга и дистанционного зондирования в системе точного земледелия отключены

Использование космического мониторинга и дистанционного зондирования в системе точного земледелия

Г.И. Личман, Н.М. Марченко

Для реализации стратегии правильного земледелия (ТЗ) нужно оценивать варьирование агротехнических показателей и состояние растений во время вегетации в принятой совокупности позиционирования.

Знания о пространственной и временной изменчивости параметров плодородия и состоянии растений разрешат делать операции действия на них в нужном месте и в нужном количестве. Такая разработка позволяет оперативно руководить продукционным процессом, качеством продукции, содействует увеличению качества и урожайности сельхозпродукции, оптимизации применения расходных материалов (минимизации затрат), понижению загрязнения внешней среды за счет более рационального химических средств и использования удобрений защиты растений, увеличению качества земель.

Определение изменчивости состояния растений и почвенного плодородия есть одним из самых серьёзных элементов новой разработке. Без наличия правильных картограмм распределения питательных элементов в земле, состояния посевов, урожайности сельскохозяйственных культур нереально дифференцированное действие на совокупность «земля+растение».

Измерение параметров земли, каковые воздействуют на развитие и рост растения, их принятие и интерпретация оптимальных управленческих ответов являются одной из задач правильного земледелия. Эффективность правильного земледелия будет во многом зависеть от того, как скоро и совершенно верно мы сможем определять эти показатели. Частота измерений (пространственная и временнaя) зависит от того, какова изменчивость измеряемого показателя.

Такие показатели, как содержание нитратов, влажность, смогут изменяться скоро как по полю, так и во времени и должны измеряться в настоящем масштабе времени.

Такие параметры, как содержание органического вещества, толщина пахотного слоя, кислотность, несущественно изменяются во времени, и их возможно замерять один раз в год либо реже. Что касается количества замеров, то оно зависит от вариабельности измеряемого параметра. Для определения вариабельности того либо иного показателя необходимо проводить замеры с определенным шагом квантования, что весьма трудоемко и дорогостояще.

Исходя из этого необходимы более действенные методы получения информации.

Рис. 1. Разные методы ДДЗ

Данные исследований говорят о том, что самые перспективными являются дистанционное зондирование Почвы (ДЗЗ) с применением космических, пилотируемых и беспилотных малых и сверхмалых летательных аппаратов. На рис. 1 перечислены виды дистанционного зондирования. Громаднейшее количество работ происходит в области пассивной и активной регистрации электромагнитной энергии.

Космические аппараты (КА) дистанционного зондирования Почвы активно применяются для изучения природных решения задач и ресурсов Земли метеорологии.

Для изучения природных ресурсов КА оснащаются по большей части оптической либо радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она разрешает замечать поверхность Почвы в любое время, независимо от состояния воздуха. К космической съемке Почвы относят снимки и регистрограммы земной поверхности, полученные с высоты более 80–100 км в любое время с разных летательных аппаратов: исследовательских ракет, неестественных спутников Почвы, автоматических орбитальных станций, пилотируемых космических судов.

Аэросъемка является съёмкой местности (с высоты от сотен метров до двадцати километров), проводимую с летательных аппаратов посредством разных съемочных устройств. Сейчас для зондирования сельскохозяйственных полей активно используются легкие пилотируемые аппараты (СЛА) и дистанционно управляемые самолеты. На данный момент уже предпринимаются попытки применения дистанционного зондирования Почвы в правильном земледелии.

Это аэрофотосъемка (космическая съемка) либо сканирование громадных площадей для ответа задач широкомасштабного картирования полей (составления замыслов) и построения цифровых карт рельефа. Эти сведенья становятся материальной базой создания геоинформационных совокупностей (ГИС) для правильного земледелия. вторичная обработка и Изучение таких разрешённых позволяют осуществить процесс кластеризации пространства в отдельного поля, в первую очередь в агро-экологическом смысле (выделить разнообразные площадки с ориентацией и определённым уклоном в пространстве для определения их инсоляции и гидрологии).

Рис. 2. Использование ДЗЗ в правильном земледелии

Эти дистанционного зондирования смогут кроме этого быть использованы при составлении управляющих карт с целью проведения операций агроцикла, среди них и для дифференцированного внесения минеральных удобрений, мелиорантов и защиты химических средств растений (рис. 2).

На следующем этапе делается вероятным выяснить более совершенно верно отдельные параметры земли, к примеру динамику трансформации ее температуры и влажности, и кое-какие климатические факторы, такие, как суммарные температуры, направление ветра, однородные по урожайности либо содержанию элементов питания ареалы, территории управления (management zones) и др. [1, 2, 3]. Обработка многоспектральных разрешённых позволяет выявить стрессы растений, вызванные недочётами питания либо сорняками, болезнями и вредителями.

Использование аппарата прогнозирования урожайности разрешит создать высокоэффективные стратегии проведения работ в агроцикле. Выполненный нами анализ продемонстрировал, что имеется пара подходов к применению данных ДЗЗ для потребностей ТЗ [4]. Первый—применение данных ДЗЗ лишь для локализации и обнаружения участков аномального развития (угнетенного состояния) растительности в пределах одного поля. Такие странности смогут быть позваны самыми различными факторами:

  • поражением растений вредителями,
  • угнетением их сорной растительностью,
  • недочётом главных элементов питания,
  • водным стрессом растений и т.д.

Второй—обнаружение количественных связей между изменениями и состояния биофизическими параметрами растительности спектрального отклика растительного покрова, обусловленными влиянием факторов окружающей среды либо используемыми агротехнологиями. Третий подход содержится в интеграции некоторых биофизических параметров растительного покрова (биомасса, проективное покрытие, листовой индекс) либо параметров радиационного режима растительности (эвапотранспирация, часть физиологически активной радиации), каковые смогут быть оценены согласно данным ДЗЗ с математическими и физиологическими моделями оценки продуктивности РП и использованы в совокупности помощи принятия ответов в рамках используемых разработок ТЗ. Для успешного применения в ТЗ совокупности дистанционного зондирования должны отвечать следующим условиям [5]:

  1. Возможность осуществления сбора данных, их первичной обработки и коррекции в течение 24–48 часов.
  2. Пространственное ответ — порядка 5 м для спектрозональной съемки.
  3. Спектральное ответ (порядка 10–20 нм) для увеличения точности определения биофизических параметров растительного покрова.
  4. Высокое временнoе ответ, снабжающее по крайней мере 5–6 сеансов получения информации в течение вегетационного периода.
  5. Возможность предоставления результатов тематической интерпретации данных в дешёвых пользователю форматах.
  6. Низкая (дешёвая) цена данных.

Уровень качества приобретаемых снимков с применением космических аппаратов (разрешение) во многих случаях не хватает для действенного их применения при ответе задач правильного земледелия. Это обусловлено прежде всего погодными условиями (облачность), негативным влиянием вторых атмосферных явлений.  Помимо этого, оперативность получения спутниковых снимков недостаточна для принятия своевременных ответов.

Исходя из этого перед учеными стоит задача совершенствования способов дистанционного зондирования с целью преодоления перечисленных недочётов. Особенный интерес воображают качественные трансформации в техническом оснащении отрасли ДЗЗ, каковые случились за последние 2–3 года [6].

На орбите показались спутники с оптико-электронными совокупностями очень высокого разрешения нового поколения (WorldView-1 и GeoEye-1), неповторимые многофункциональные космические аппараты (ALOS), группировки спутников малого класса мониторингового назначения (RapidEye). Очень направляться отметить рост группировок спутников с радиолокаторами большого и очень высокого разрешения (TerraSAR-X, COSMO-SkyMed, RADARSAT-2).

Хорошие возможности для мониторинга у группировки из пяти мини-спутников RapidEye [7,8], каковые были запущены 29 августа 2008г. Обладателем спутников есть компания RapidEye AG (Германия).

Любой из спутников, созданных компанией SSTL (Англия) и MDA (Канада), оснащен мультиспектральной оптико-электронной камерой Jena Optronik для съемки с пространственным разрешением 6,5 м (по окончании обработки – 5 м). Применение беспилотных летательных аппаратов совместно с космическим мониторингом возможно разглядывать как один из перспективных способов получения объективной информации, нужной для ответа задач правильного земледелия [9].

Для этих целей применяют летательные аппараты, способные нести нужную аппаратуру для осуществления посевов состояния и мониторинга поля и получения информации для ответа задач правильного земледелия.Такие аппараты лишены недочётов, свойственных спутниковым совокупностям. Они смогут летать на маленькой высоте (до тридцати метров), для них не страшно, облачность, не требуется особое разрешение (коридор). Это разрешает приобретать снимки конкретного поля либо участка поля более большого разрешения.

Рис. 3. Дистанционоуправляемый самолет АФИ

Они легки в эксплуатации. За последние два года в Российской Федерации случились хорошие трансформации в области создания и разработки беспилотной техники. Сейчас в Российской Федерации несколько дюжина компаний занимается разработкой беспилотных летательных самолетов.

Дистанционно управляемые самолеты принято дробить по таким взаимосвязанным параметрам, как масса, время, высота и дальность полета. Выделяют аппараты класса «микро» (условное наименование) массой до 10 килограммов, временем полета около 1 часа и высотой до 1 км, «мини» — массой до 50 кг, временем полета пара часов и высотой до 3–5 км, средние («миди») — до 1000 кг, высотой полета 10–12 и временем часов до 9–10 км, тяжелые — с высотами полета до двадцати километров и временем полета 24 часа и более.

Рис. 4. Фотоснимок участка поля, полученный летательным аппаратом АФИ

Изучения по применению легких и сверхлегких летательных аппаратов чтобы получить информацию, нужной для правильного земледелия, ведутся в Российской Федерации и ближнем зарубежье. Для оценки состояния посевов во время вегетации учеными АФИ создан летательный аппарат (рис. 3, 4).

Для расширения сферы применения беспилотных летательных аппаратов нужны предстоящие изучения по совершенствованию их конструкции и оснащению нужной аппаратурой.

На протяжении опробований беспилотных летательных аппаратов были обнаружены недочёты, над устранением которых нужно трудиться:

  • механическая вибрация воздействует на уровень качества приобретаемых снимков; нужны предстоящие изучения по поиску спектра методов и выявлению колебаний их устранения;
  • устойчивость полета аппарата зависит от скорости ветра; нужно внести трансформации в конструкцию аппаратов, дабы повысить их устойчивость;
  • при эксплуатации летательных аппаратов было обнаружено, что для посадки и взлёта нужна взлетно-посадочная дорожка длиной 100 м; не все исследуемые поля имели такие дорожки, исходя из этого рассматривается возможность запуска аппаратов с рук;
  • нужны изучения по увеличению точности ориентации аппаратов в пространстве; это нужно для координат качества и повышения фотоснимков сканируемых участков.

Наровне с беспилотными летательными аппаратами самолетного типа сейчас начали применять БЛА вертолетного типа для мониторинга внешней среды и получения информации о состоянии полей, посевов, нужной для принятия оптимальных управленческих ответов в совокупности правильного земледелия. Такие аппараты лишены недочётов, свойственных БЛА самолетного типа, и разрешают приобретать более качественные снимки. Но они более дорогие.

направляться подчернуть, что выбор между применением информации от космических либо авиационных средств ДЗЗ зависит от конкретных условий их применения, номенклатуры показателей и требуемой оперативности получения данных.

Своевременные климатические эти получаются в основном посредством космических аппаратов. Своевременная многоспектральная съемка с высоким разрешением осуществляется чаще с применением пилотируемых и беспилотных аппаратов (БЛА), особенно в регионах с громадным числом облачных дней. Для пропашных культур и садов по большому счету смогут быть использованы наземные средства, обычно размещаемые прямо на сельскохозяйственной технике. Рациональное сочетание космических аппаратов для дистанционного зондирования, пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов разрешит:

  • оперативно приобретать эти ДЗЗ о состоянии растений и поля во время их вегетации;
  • обеспечить высокое и сверхвысокое разрешение для увеличения точности определения биофизических параметров растительного покрова;
  • обеспечить достаточно нередкую периодичность съемки.

Нужно развернуть изучения по обоснованию рационального сочетания космических аппаратов для дистанционного зондирования, пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов чтобы получить информацию, нужной для принятия оптимальных управленческих ответов в совокупности правильного земледелия.

XIV ДЗЗ 2016 — 344 ауд. — (17.11.2016) — ДЗ растительных и почвенных покровов, Сельское хозяйство


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: