Zdalne techniki oceny kondycji roślin
Teledetekcja pomaga ocenić, czy warunki wzrostu roślin są odpowiednie. Foto_Michał Wagner
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 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...
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.
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,...
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.
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...
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.
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....
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 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...
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.
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
