Оперативный спутниковый мониторинг состояния посевов сельскохозяйственных культур в россии

      Комментарии к записи Оперативный спутниковый мониторинг состояния посевов сельскохозяйственных культур в россии отключены

Оперативный спутниковый мониторинг состояния посевов сельскохозяйственных культур в россии

И.Ю. Савин, Е.А. Лупян, С.А. направляться 

Сельскохозяйственное производство фактически во всем мире отличается нестабильностью. Особенно заметно это проявляется в условиях глобальных климатических трансформаций, а также в государствах с преобладанием экстенсивных способов возделывания сельскохозяйственных культур.

Резкие колебания климата сейчас наровне с затянувшимся в сельском хозяйстве переходным периодом от планового советского хозяйства к рыночным условиям, и низкая интенсивность возделывания культур ведет к повышенной нестабильности сельскохозяйственного производства в Российской Федерации. В условиях аналогичной нестабильности высокое значение получает получение объективной информации о состоянии сельскохозяйственного производства, а также, точная оценка и заблаговременное прогнозирование количеств производства сельскохозяйственной продукции, без которого министерству сельского хозяйства страны, и администрациям субъектов РФ фактически нереально оперативно реагировать на трансформацию конъюнктуры аграрного рынка и сглаживать его колебания.

направляться подчернуть, что до сих пор главной информацией, которая употребляется при проведении разных оценок сельскохозяйственного производства, а также, состояния посевов являются результаты отчетов разных региональных опрощеных и информация наземных выборочных измерений. Так, к примеру, главным источником информации для составления прогнозов урожайности помогают результаты полевых обследований состояния посевов сельскохозяйственных культур, каковые пара раз в сезон вегетации осуществляет редкая сеть агрометеорологических постов и станций.

Посевы обследуются на ограниченном количестве полей, а их результаты экстраполируются на территорию всей страны. В следствии уровень качества оценки состояния посевов на уровне страны либо отдельных регионов есть достаточно низким, а получение информации на уровне страны — не хватает своевременным. Все это существенно снижает уровень качества прогнозов производства сельскохозяйственной продукции.

Бурное развитие в последние десятилетия дистанционных, прежде всего спутниковых, способов наблюдений открыло новые возможности для организации своевременного и объективного мониторинга посевов сельскохозяйственных культур. На данный момент трудится большое количество спутников, на борту которых установлена разнообразная аппаратура, которая достаточно действенно может  употребляться для мониторинга сельскохозяйственных земель и состояния посевов. Применяя возможности существующих совокупностей уже сейчас вероятно построение дистанционных совокупностей мониторинга земель агропромышленного комплекса, каковые разрешают обеспечить объективную своевременную оценку состояния посевов как на уровне страны либо больших регионов, так и на уровне отдельных агропромышленных объединений и хозяйств.

Наряду с этим на данный момент имеются спутниковые совокупности снабжающие:

  • достаточное пространственное разрешение с целью проведения анализа посевов на уровне отдельных полей;
  • оценку на базе мультиспектральных наблюдений разных вегетационных индексов, характеризующих состояние растительности;
  • проведение достаточно нередких наблюдений (ежедневно либо раз в пара дней) нужных для контроля их развития реакции и динамики растений на действие негативных факторов;
  • достаточно долгие последовательности наблюдений нужные, к примеру, для обнаружения разных аномалий в развитие растительности на базе сравнения данных разных вегетационных сезонов.

направляться очень подчернуть, что действующие сейчас технологии сбора и спутниковые системы, распространения и обработки разрешённых позволяют найти достаточно низкозатратные решения, нужные для обеспечения окупаемости совокупностей дистанционного мониторинга сельскохозяйственных земель.

Анализ дешёвых на данный момент спутниковых данных говорит о том, что для организации посевов на уровне всей страны либо отдельных субъектов РФ в громаднейшей степени всем вышеперечисленным параметрам удовлетворяют эти спектрорадиометра MODIS, установленного на спутниках NASA Terra и Aqua. MODIS разрешает приобретать данные в нескольких спектральных каналах, на базе которых возможно рассчитывать вегетационные индексы; пространственное разрешение данных (250 м) разрешают приобретать данные о состоянии растительности на уровне отдельных полей фактически во всех главных сельскохозяйственных регионах России; эти MODIS смогут быть взяты каждый день и дешёвы на данный момент за последние 10 вегетационных сезонов и распространяются вольно практически в настоящем режиме времени.

В сочетании со вольно распространяемыми данными со спутников серии Landsat, и данными разных коммерческих спутниковых совокупностей (к примеру, RapidEye) эти MODIS могут служить хорошей базой для мониторинга посевов в стране. Такая информация сейчас, в частности. есть базой Совокупности дистанционного мониторинга земель агропромышленного комплекса (СДМЗ АПК) [1].

Особенное значение при построении совокупностей дистанционного мониторинга есть возможность организации всецело автоматизированной обработки спутниковых данных. Она разрешает приобретать максимально объективную данные, независящую от субъективного мнения отдельных экспертов, и разрешает минимизировать затраты на эксплуатацию совокупностей мониторинга.

Такие технологии последние годы деятельно разрабатываются и развиваются в Университете космических изучений Русском академии наук (ИКИ РАН) [2]. Они, например, разрешили создать и всегда актуализировать архив спутниковых наблюдений на территорию России за период с 2000 г. по настоящее время.

На базе архивов и технологий, созданных в ИКИ РАН, созданы автоматизированные способы анализа и мониторинга состояния посевов в любом регионе России и своевременной и объективной оценки последствий действия на посевы негативных факторов. В базе созданных разработок лежит анализ временного хода вегетационных индексов и его сравнение с ходом индекса в прошлые сезоны.

Мониторинг состояния посевов осуществляется машинально для всех пахотных угодий России в течение всего сезона вегетации. Маски пахотных угодий на любой вегетационный сезон кроме этого создаются методом анализа долгих последовательностей данных MODIS [3]. Информация о состоянии растительности обновляется раз в неделю.

Результаты мониторинга, обобщенные на уровень субъекта РФ и административного района страны дешёвы на открытом сайте Terra Norte (http://193.232.9.72/terranorte/index.sht).

Информация на сайте представлена в виде графиков и карт.

На картах представлены:

  • текущие значения вегетационного индекса NDVI для всей территории региона не учитывая размещение пахотных угодий;
  • отличие осредненного для всех пахотных угодий региона значения вегетационного индекса со среднемноголетним значением на данную календарную дату;
  • отличие осредненного в пределах административного района для всех полей с озимыми культурами значения вегетационного индекса со среднемноголетним значением на данную календарную дату;
  • отличие осредненного в пределах района для всех полей с яровыми культурами значения вегетационного индекса со среднемноголетним значением на данную календарную дату.

Графики в разрезе административных районов показывают поведение осредненного значения вегетационного индекса NDVI в этом сезоне вегетации в сравнении со средним долгим значением. Все названные выше карты выстроены на базе анализа этих графиков (ниже либо выше на данную дату кривая текущего сезона по отношению к средней долгой кривой).

Так, по графику возможно выяснить, как идет движение развития растительности в этом сезоне и в каком состоянии (лучше либо хуже среднего) находится растительность на пахотных угодьях сейчас времени. Содержание страницы возможно представлено в формате pdf для сохранения и/либо вывода на печать (рис. 1).

Рис.1. Пример бюллетеня «Своевременный мониторинг состояния посевов»

Подобная информация возможно взята на любую территорию РФ и сопредельных стран, а также для полей и отдельных хозяйств [1].

Результаты своевременного мониторинга состояния посевов смогут быть использованы для оценки влияния на посевы разнообразных негативных факторов. Как пример приведем результаты мониторинга посевов на Европейской части России в сезоне 2009/2010 г. Сезон был экстремальным для посевов во многих регионах Европейской части России. Большое количество посевов озимых погибло в следствии негативных условий перезимовки, после этого в летний период сильное действие на посевы оказала засуха, которая не только повредила посевы, но и предопределила неоптимальные условия для сева озимых под сезон 2010/2011 г. и их развития в осеннюю пору 2010 г.

Оценка смерти посевов озимых культур зимний период проводилась методом анализа отличия в состоянии посевов перед установлением снежного покрова в осеннюю пору и по окончании его схода весной. Анализ осуществлялся для всей Европейской части страны в один момент. В следствии были распознаны поля, где посевы озимых очень сильно пострадали в течение зимнего периода. Результаты анализа были по возможности выборочно верифицированы согласно данным Landsat.

Информация была обобщена на уровень административных районов и представлена в виде картограммы (рис. 2).

Рис. 2. Часть посевов озимых культур, пострадавших зимний период сезона 2009/2010 г. в разрезе административных районов

Для того чтобы осадков и неблагоприятного сочетания температур, как летом 2010 г. не было с засухи 1946 г., которую многие специалисты именуют одной из сильнейших в XX в. Спутниковый мониторинг влияния засухи на посевы проводился в течение всего сезона вегетации. Анализ велся для отдельных регионов на уровне отдельных полей и для всех субъектов РФ на уровне административных районов.

Обнаружение полей, пострадавших от засухи проводилось в течение всего сезона вегетации с еженедельным уточнением результатов. Анализ состояния растительности проводился на уровне отдельных полей согласно данным MODIS, а для подсчета площадей, пострадавших от засухи, при наличии употреблялась векторная сетка полей, полученная согласно данным Landsat. В базе метода анализа лежит сравнение временного последовательности вегетационного индекса для текущего сезона вегетации с его ходом в прошлые сезоны.

Подобный анализ, к примеру, был совершён летом 2010 г. для административных районов Чувашской Республики (рис. 3).

Рис. 3. Влияние засухи на посевы сельскохозяйственных культур Чувашской Республики (пострадавшие посевы продемонстрированы розовым цветом, непострадавшие — зеленым).

Мониторинг посевов, пострадавших от засухи на уровне административных районов, где векторная маска полей отсутствует, проводился на качественном уровне (имеется пострадавшие посевы либо нет) с обновлением информации раз в неделю, и на количественном уровне (часть пострадавших посевов) на момент среднемноголетней даты середины сезона вегетации.

Оценка на качественном уровне проводилась методом сопоставления профиля NDVI для текущего сезона со среднемноголетним профилем индекса. Сперва определялось, имеется ли сдвиг текущего сезона вегетации по отношению к среднему долгому. При наличии сдвига производилось выравнивание сезонов по дате начала сезона вегетации.

Затем анализировалось отклонение кривой текущего сезона от среднемноголетней кривой. Примеры оценочных карт за пара сроков анализа приведены на рис. 4–6.

Рис. 4. Районы с посевами, пострадавшими от засухи по состоянию на 03.07.2010 г.

Рис. 5. Районы с посевами, пострадавшими от засухи по состоянию на 09.07.2010 г.

Рис. 6. Районы с посевами, пострадавшими от засухи по состоянию на 25.07.2010 г.

Методика оценки доли поврежденных посевов на уровне отдельных административных районов была пара другой, но она кроме этого базируется на анализе среднемноголетнего осредненного для конкретного типа полей в пределах конкретного района профиля NDVI и его сравнении с профилем текущего сезона.  Результаты анализа представлены на рис. 7.

Рис. 7. Часть посевов, пострадавших от засухи на середину сезона 2010 г. в разрезе административных районов

Летняя засуха 2010 г. не только стёрла с лица земли громадные площади посевов сельскохозяйственных культур в Российской Федерации, но и стала причиной негативным условиям для сева озимых культур под урожай следующего 2011 г. Появившиеся неприятности с семенами, сильное иссушение земли во многих районах страны и запаздывание осенних дождей стали причиной тому, что площади посеянных озимых культур во многих районах существенно сократились, а состояние посеянных озимых культур перед зимний период 2010/2011 г. выяснилось нехорошим.

На базе намерено созданных разработок был совершён анализ состояния озимых посевов в осеннюю пору 2010 г. [4]. Анализ посевов перед установлением снежного покрова совершённый ИКИ РАН по спутниковым данным, продемонстрировал, что площади посевов озимых в хорошем состоянии если сравнивать с прошлыми годами существенно сократилась в южной и юго-восточной частях Воронежской области, в северной части Ростовской и Волгоградской областей, и особенно в Самарской, Саратовской, Пензенской, Оренбургской областях и в Республике Башкортостан.

На рис. 8 представлены карты посевов озимых под урожай 2010 и 2011 гг., полученные по спутниковым данным.

Рис. 8. Посевы озимых, определенные согласно данным MODIS по состоянию на осень:

а) 2009 г. (светло синий пиксели)

б) 2010 г. (розовые пиксели)

Из сопоставления картинок направляться, что на большой территории посевы озимых, каковые были в осеннюю пору 2009 г., в 2010 г.не детектируются.

Выборочный анализ данных Landsat продемонстрировал, что количество полей с озимыми в хорошем состоянии в 2010 г. существенно уменьшилось если сравнивать с в осеннюю пору 2009 г. (рис. 9).

Рис. 9.Синтезированное изображение части Саратовской области на снимках Landsat, взятых в последних числах Октября:

а) 2009 г.

б) 2010 г.

На рис. 9а четко видны поля с озимыми в хорошем состоянии (ярко зеленые) (осень 2009 г.), а на рис. 9б их практически нет (осень 2010 г.).

Обобщение взятых данных на уровень административных районов продемонстрировало, что площади озимых в хорошем состоянии во многих районах уменьшились более чем на 75% в сравнении со средним долгим значением (рис. 10).

Рис.10. Отклонение в процентах площади посевов озимых в хорошем состоянии в осеннюю пору 2010 г. от среднемноголетнего значения

В целом по России площади озимых в хорошем состоянии в осеннюю пору 2010 г. стали меньше более чем на 3 млн га. по сравнению со средним долгим значением. Наряду с этим, площади озимых в хорошем состоянии по сравнению со средним долгим уменьшились в Ростовской области на 754 тыс. га, в Волгоградской — на 555 тыс. га, в Саратовской — на 444 тыс. га.

При негативном сценарии развития обстановки, в то время, когда все эти площади нужно будет пересевать весной яровыми зерновыми, утраты урожая зерновых в целом в Российской Федерации вследствие этого фактора смогут достигнуть 3,5–4 млн т. зерна.

Вышеприведенные примеры наглядно показывают возможности применения спутниковых данных для мониторинга состояния посевов на уровне отдельных субъектов и страны РФ. Созданная в ИКИ РАН совокупность спутникового мониторинга трудится в своевременном режиме и может снабжать пользователей объективной информацией о состоянии посевов фактически в настоящем режиме времени.

Напомним, что по мере накопления достаточно долгих последовательностей спутниковых данных более большого пространственного разрешения, чем MODIS (к примеру, комплексы многозональной спектральной съемки среднего разрешения — КМСС), созданные разработки будут приспособиться к возможностям новых спутниковых совокупностей. Помимо этого, на данный момент в ИКИ РАН деятельно ведутся работы по созданию специальных сервисов работы со спутниковыми данными, каковые, например, разрешат заинтересованным пользователям проводить анализ информации текущего состояния посевов на конкретных полях. Планируется что в апреле 2011 г. таковой сервис уже начнет функционировать будет дешёв пользователям через сайт отдела разработок спутникового мониторинга ИКИ РАН по адресу http://smiswww.iki.rssi.ru.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Толпин В.А., Барталев С.А., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Савин И.Ю., Флитман Е.В. Возможности информационного сервера СДМЗ АПК // Современные неприятности дистанционного зондирования Почвы из космоса, 2010. Т.7. № 2. С.221-232.
  2. Лупян E.A., Мазуров A.A., Назиров Р.Р., Прошин А.А., Флитман Е.В. Разработка построения автоматизированных совокупностей сбора, хранения и обработки спутниковых данных для ответа научных и прикладных задач // Современные неприятности дистанционного зондирования Почвы из космоса. 2004. Т. 1. С. 81-88
  3. Плотников Д.Е., Барталев С.А., Лупян Е.А., Савин И.Ю. Применение данных спутникового радиометра MODIS для распознавания пахотных земель, чистого пара и посевов озимых культур // Материалы Общероссийской научной конференции «Методическое обеспечение мониторинга земель сельскохозяйственного назначения». 29-30 сентября 2009 года. Сборник научных статей. Москва. – М.:РАСХН, 2010.
  4. Плотников Д.Е., Барталев С.А., Лупян Е.А. Способ детектирования летне-осенних всходов озимых культур согласно данным радиометра MODIS // Современные неприятности дистанционного зондирования Почвы из космоса, 2008. Выпуск 5. Т. II. С.322-330.

Спутниковый мониторинг


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: