Zdalne techniki oceny kondycji roślin

Poleć
Udostępnij
Skomentuj
Autor tekstu: prof. Małgorzata Bzowska-Bakalarz, UP w Lublinie i in. | redakcja@agropolska.pl
13-06-2020,11:40 Aktualizacja: 13-06-2020,12:22
A A A
Nowoczesne metody obrazowania coraz częściej wykorzystywane są w rolnictwie i promowane przez Komisję Europejską. Mogą służyć na przykład do kontroli przestrzegania realizacji programów rolno-środowiskowo-klimatycznych, ubiegania się o dotacje, a także być elementem wspierania decyzji.
 
Podstawą badań teledetekcyjnych są zdjęcia spektralne czyli fotografie rejestrujące odbicie światła od obiektów nie tylko w pełnym zakresie światła widzialnego, ale także nierejestrowanego ludzkim wzrokiem (np. podczerwieni). 
 
wykorzystanie teledetekcji na potrzeby rolnictwa, kowr, monitorowanie strat w uprawach

Wykorzystanie teledetekcji satelitarnej na potrzeby rolnictwa

W siedzibie Krajowego Ośrodka Wsparcia Rolnictwa podsumowano wyniki pilotażowego projektu "Wykorzystanie teledetekcji do zarządzania Zasobem Własności Rolnej Skarbu Państwa". Celem jest stworzenie w pełni automatycznego i kompleksowego...
Miarą czytelności takich zdjęć jest parametr ich rozdzielczości geometrycznej, czyli rozmiar piksela (najmniejszego elementu obrazu) podany w jednostkach terenowych. Najłatwiej dostępne i najbardziej popularne zdjęcia satelitarne mają rozdzielczość 10 m. Zdjęcia uzyskane ze sprzętu umieszczonego w samolotach są dokładniejsze i pozwalają na uzyskanie rozdzielczości nawet 25 cm. 
 
Oznacza to, że przy rozdzielczości 10 m możemy nie dostrzec na zdjęciu niewielkiego budynku, podczas, gdy rozdzielczość 25 cm i wyższe zapewniają możliwość identyfikacji na zdjęciach obiektów o mniejszych rozmiarach (np. samochód, pojedyncze drzewo itp.)
 
Nowe narzędzie dla rolnika
 
Teledetekcja to rodzaj badań wykonanych z odległości (zdalnie), przy wykorzystaniu specjalistycznych „skanerów” (kamer). Rejestrują one światło słoneczne odbite przez badane obiekty, np. pszenicę, kukurydzę czy roślinność łąkową. 
 
Wielkość odbicia i pochłaniania światła (promieniowania elektromagnetycznego) przez rośliny zależy od barwników jakie zawierają (głównie chlorofilu), struktury komórkowej i zawartości wody. I właśnie to zjawisko wykorzystuje się do oceny kondycji roślin i coraz częściej do wspomagania decyzji w rolnictwie precyzyjnym - głównie w zakresie nawożenia, ochrony roślin, nawadniania i szacowania wielkości pozyskanej biomasy. 
 
susza rolnicza, straty w uprawach z powodu suszy, szacowanie strat, niedobory wody, pomoc dla rolników, Teledetekcja

Teledetekcja jest przydatna w określaniu obszarów suszy

- Teledetekcja satelitarna, czyli wykorzystywanie zdjęć satelitarnych, jest bardzo przydatnym narzędziem do szacowania skutków suszy - przekonuje Wojciech Kędzia, zastępca dyrektora generalnego KOWR. - Kończy się projekt pilotażowy,...
Pochłanianie i rozpraszanie światła, w zależności od obiektu i długości fali w paśmie widzialnym lub niewidzialnym (np. bliska podczerwień), pozwala na wyznaczenie tzw. krzywych spektralnych oraz wskaźników spektralnych. 
 
Rośliny zawierające w liściach chlorofil, są bardzo dobrym reflektorem pasma bliskiej podczerwieni, które jest składnikiem światła słonecznego. Jest to pasmo niezauważalne dla ludzkiego oka, ale rejestrowane przez skanery stosowane w teledetekcji. Pasmo podczerwieni to tylko jeden z przykładów zastosowania szerokiego spektrum energii słonecznej do wykrywania zjawisk na powierzchni Ziemi. 
 
W zależności od stopnia uwilgotnienia, zawartości chlorofilu i wielu innych cech można tworzyć mapy wskaźników dotyczących, np. kondycji roślin, nawodnienia czy zawartości azotu w glebie.
 
Teledetekcyjne metody pomiaru terenu i obiektów przestrzennych pozwalają na odtwarzanie ich kształtów, wymiarów i wzajemnego położenia na podstawie zdjęć. Bardzo szybką ocenę stanu roślin uprawnych umożliwiają systemy spektralne montowane na statkach powietrznych, co ma szczególne znaczenie w przypadku dużych gospodarstw rolnych. 
 
Magda Litwińczuk-Bis, pomiar NDVI, pszenica

NDVI wspomaga rolnika

W rolnictwie coraz częściej do oceny kondycji roślin wykorzystuje się wskaźnik NDVI (z ang. Normalized Difference Vegetation Index), którego nazwę tłumaczy się jak znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji, albo jeszcze...
Skala i rozdzielczość zdjęć uzyskanych z kamer umieszczonych w samolocie zależą od wysokości, z której są pomiary prowadzone. Mapy wykonane na podstawie zdjęć bezpośrednio pokazują warunki na całym polu, bez konieczności ekstrapolacji uzyskanych danych, jak w przypadku pomiarów naziemnych wykonywanych tylko w wybranych punktach.
 
Nauka praktyce
 
W ramach projektu pt. „Opracowanie innowacyjnej metody monitorowania stanu agrocenozy z wykorzystaniem teledetekcyjnego systemu wiatrakowca, w aspekcie rolnictwa precyzyjnego” (akronim GYROSCAN) finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, opracowano technologię pozyskiwania zdjęć hiperspektralnych umożliwiających diagnostykę zagrożeń w uprawach, lasach i łąkach. 
 
Projekt ten realizowany jest przez konsorcjum składające się z czterech placówek naukowych: Instytutu Agrofizyki PAN w Lublinie, Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie, Instytutu Geodezji i Kartografii w Warszawie i Instytutu Ochrony Roślin – PIB w Poznaniu oraz trzech partnerów przemysłowych: Aviation Artur Trendak, Geosystems Polska Sp. z o.o. i Lesaffre Polska S.A. 
 
Celem projektu było opracowanie systemu wspierania decyzji (DSS–Decision Support System) podejmowanych przez rolników w zakresie określania potrzeb zabiegów nawadniania, nawożenia oraz ochrony w kontekście wymagań i celów rolnictwa precyzyjnego.
 
susza rolnicza, szacowanie strat w rolnictwie, systemy satelitarne,

Satelity wyręczą komisje w szacowaniu strat

Jeszcze w tym roku satelitarne dane ocenią straty spowodowane suszą w rolnictwie, co pozwoli wyręczyć społeczne komisje. Minister Jan Krzysztof Ardanowski wspomniał, że rolnicy będą mogli zgłaszać zniszczenia w uprawach dzięki specjalnej aplikacji....
Do badań wykorzystywano dwa skanery hiperspektralne o zakresie pomiarowym od 400 do 2500 nm (dla porównania: światło widzialne dla człowieka to przedział od około 400 do około 700 nm). Skanery te montowano na pokładzie wiatrakowca – ultralekkiego załogowego statku powietrznego produkowanego przez Aviation Artur Trendak. 
 
Skanery mają taki kąt obrazowania, że przy wysokości lotu 400 m można pozyskać obraz o szerokości do 230 m, co pozwala uzyskać średnią wydajność skanowania na poziomie ok. 15 ha/minutę lotu. 
 
Należy dodać, że wiatrakowiec może porusza się w niekontrolowanej przestrzeni powietrzne, czyli dużo swobodniej niż samolot. Pomijając dużo niższe koszty (paliwem jest zwykła benzyna), funkcjonalnie przewyższa on zarówno samoloty, jak i coraz bardziej popularne, ale wciąż mało wydajne drony. 
 
Co wynika z badań?
 
Na podstawie uzyskanych danych hiperspektralnych otrzymuje się cenne wskazówki dla rolnika w postaci map różnych wskaźników roślinności (np. NDVI – znormalizowany różnicowy wskaźnik roślinności, LAI – wskaźnik powierzchni liści, NDRE - znormalizowany różnicowy wskaźnik w zakresie promieniowania czerwonego i podczerwieni itd.), map biomasy świeżej, zawartości azotu w glebie, wilgotności gleby czy zagrożenia powodziowego. 
 
susza rolnicza, monitorowanie suszy, stacje meteorologiczne IUNG

Susza będzie monitorowana przez satelitarny system

Pilotażowy program satelitarnego monitorowania suszy rolniczej zostanie uruchomiony w 2021 roku, a jeszcze w bieżącym wprowadzone będą zmiany w analizowaniu danych meteorologicznych. W odpowiedzi na pismo Krajowej Rady Izb Rolniczych w sprawie...
Otrzymane obrazy są udostępniane w odpowiedniej, prostej wizualnej kompozycji barwnej, czytelnej i łatwej do interpretacji. Wartości wskaźników pozwalają określić warunki glebowe (np. niedobory makroskładników) oraz stan roślin i zagrożenie fitosanitarne w różnych miejscach pola.
 
W projekcie dane hiperspektralne posłużyły m.in. do klasyfikacji zbiorowisk łąkowych w kontekście ich użytkowania oraz do monitorowania bioróżnorodności. Przykładowe mapy zobrazowań przedstawiono na rys. 1. W obrębie badanego obszaru łatwo dostrzec „niebieskie” łąki po skoszeniu. Takie dane mają szczególne znaczenie przy ocenie produktywności łąk oraz w zakresie dopłat w ramach „Działania rolno-środowiskowo-klimatycznego” Programu Rozwoju Obszarów Wiejskich.
 
W badaniach lasów otrzymano mapy pozwalające na wychwycenie anomalii, np. zagrożenia chorobami grzybowymi i ze strony szkodników, na dużym obszarze leśnym. 
 
Poza badaniami na terenach łąkowych i leśnych skanowaniem objęto pola uprawne kukurydzy i pszenicy. Przykład obiektu testowego przedstawiono na rys. 2 (mapa kondycji roślin dla 4 wariantów technologii uprawy oznaczonych numerami) i na rys. 3 (zdjęcie pola pszenicy w podczerwieni dokładniej niż w barwach naturalnych obrazujące różnice w kondycji roślin). Jaśniejsze miejsca uwidaczniają gorsze warunki wzrostu roślin spowodowane nieodpowiednim nawodnieniem.  
 
buraki cukrowe, rośliny, plantacja, Sahryń

Badanie stanu odżywienia roślin

Potrzeby dokarmiania dolistnego można określić na podstawie zawartości składników mineralnych w materiale roślinnym. Analizy takie wykonują Okręgowe Stacje Chemiczno-Rolnicze. Każdy z gatunków roślin charakteryzuje się krytyczną fazą...
Ocena zawartości wody z pułapu lotu wiatrakowca może być wsparciem w programach dopłat suszowych, a ocena zawartości azotu w glebie umożliwi dostosowanie precyzyjnej dawki nawożenia pogłównego – zgodnie z rzeczywistymi warunkami środowiskowymi  (możliwość wykorzystania mapy w komputerze pokładowym ciągnika). 
 
Ponadto, dzięki dodatkowemu systemowi zamontnowanemu obok kamer hiperspektralnych, możliwe jest otrzymanie danych wysokościowych (Numeryczne Modele Pokrycia Terenu) reprezentujących rzeźbę terenu wraz z uprawami, co pozwala udokumentować także wzrost roślin i poszerza obszar zastosowań systemu teledetekcyjnego.  
 
Ramka 
Po zarejestrowaniu widma hiperspektralnego można na bieżąco monitorować rozwój upraw, obserwować skutki pogody i zabiegów agrotechnicznych, a także wyciągać wnioski z danych historycznych. Wartości wskaźników spektralnych dostarczają informacji o zagrożeniach i mogą być pomocne w podejmowaniu decyzji o rodzaju, terminie, a także zakresie przeprowadzenia koniecznych zabiegów agrotechnicznych. Możliwy jest też podgląd granic działek ewidencyjnych oraz danych meteorologicznych. Wyniki udostępniane są odbiorcy za pośrednictwem serwisu internetowego. Dzięki opracowanej aplikacji obsługiwanej z poziomu zwykłej przeglądarki internetowej odbiorca usługi monitoringu uprawy może podejrzeć mapy swojego obszaru niezależnie od systemu operacyjnego.
 
  •   Artykuł ukazał się w miesięczniku "Przedsiębiorca Rolny" nr 5-2020 - ZAPRENUMERUJ
Poleć
Udostępnij
Skomentuj
Advertisement
Advertisement