ТЕМА:

ТЕМА:

Сельские будни

456 11.09.2024 10:27

Спутники и беспилотники следят за посевами на красноярских полях

Красноярские учёные разработали алгоритмы обработки данных и получения информации в автоматизированном режиме для наблюдения за сельскохозяйственными посевами.

Главные приоритеты в полеводстве - высокий уровень урожайности и качество продукции. Для того, чтобы получить хорошие результаты, аграриям необходимо знать характеристики сельскохозяйственных земель и климатического состояния региона.

Такая информация позволяет агрономам устанавливать сроки сева, отслеживать состояние культур и своевременно проводить технологические операции - подкормку, обработку химикатами, уборку культур и другие. Традиционно такие данные получаются в поле при непосредственном присутствии человека. Однако сейчас появилась альтернатива для получения этой информации - методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Красноярские учёные предложили собственные алгоритмы обработки данных по вегетационным индексам, температуре и осадкам, которые можно применять в сельскохозяйственном производстве. Они опробовали свой метод в опытно-производственных хозяйствах Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук – в опытно-производственных хозяйствах "Курагинское" и "Михайловское", расположенное в Ужурском районе.

По спутниковым данным разработаны интерактивные тематические карты и веб-сервисы, получены значения средней суточной температуры поверхности почвы, количества ежедневных осадков и средние значения индексов вегетации, отражающие состояние сельскохозяйственных посевов. Такой подход обеспечивает оперативный мониторинг посевов.

- Эффективность применения методов ДДЗ в сельском хозяйстве по большей части зависит от оперативности предоставления аграрным специалистам информации о состоянии посевов сельскохозяйственных культур, - рассказывает кандидат физико-математических наук, заместитель директора Института вычислительного моделирования СО РАН Олег Якубайлик.

Получению актуальных сведений о вегетационных индексах и климатических показателях сельскохозяйственных территорий в кратчайшие сроки способствуют спутниковые данные и аэрофотосъёмка с беспилотников, глобальные климатические модели с метеоинформацией и прогнозами погоды.

Формирование необходимых наборов исходных данных и разработка алгоритмов их обработки становятся первостепенными задачами на подготовительных этапах этой работы. Дальнейшая интеграция информации в создаваемых информационно-аналитических системах и сервисах обеспечивает анализ, интерпретацию и представление данных в удобной для пользователя форме.

Формируется программно-технологическая основа агропроизводства, которая играет ключевую роль в повышении эффективности сельскохозяйственных процессов и принятии обоснованных управленческих решений.

Оперативный спутниковый мониторинг позволяет выявлять неоднородность растительного покрова, отслеживать изменение температур и количества выпавших осадков в течение вегетационного сезона. Эти данные помогают оценивать состояние сельскохозяйственных культур в целом и индивидуально по каждому полю.

Современные космические спутники, оснащённые мультиспектральными приборами, предоставляют ценные данные для мониторинга состояния растительности и сельхозугодий. Они осуществляют съёмку в нескольких спектральных каналах, включая видимый и инфракрасный диапазоны, что позволяет вычислять различные вегетационные индексы. Эти индексы широко используются для оценки состояния растительного покрова, мониторинга здоровья растений, определения фаз роста, а также для прогнозирования урожайности и выявления признаков деградации земель.

Основными показателями, отражающими состояние сельскохозяйственных посевов, являются значения вегетационных индексов NDVI, ClGreen и MSAVI2. Первый характеризует состояние растительности на протяжении всего вегетационного сезона. Второй используется для оценки общего содержания хлорофилла в листьях, его данные позволяют рассчитывать необходимое количество удобрений. Третий отображает неоднородность пространственного распределения посевов на почве.

Наряду с вегетационными индексами, важны данные о температуре и осадках. Традиционно их получают с наземных метеостанций. Однако учёные отмечают, что в России не везде есть сети метеостанций или их слишком мало. Для получения этих значений исследователи также предложили использовать данные со спутников и метеоинформацию онлайн-сервисов глобальных климатических моделей.

Для опытного хозяйства "Курагинское" по космическим снимкам учёные создали цифровую карту сельскохозяйственных полей, отражающую сведения о номере поля, его площади и севообороте. После обработки данных были получены карты индексов NDVI, ClGreen и MSAVI2, а также рассчитаны среднесуточная температура и количество ежедневных осадков.

По этим данным можно выявить неоднородность пространственного распределения посевов, которая показывает неравномерность развития сельскохозяйственной культуры и проблемные участки внутри полей. Анализируя полученные результаты можно осуществлять удалённый контроль на территории хозяйства, например, добавление удобрений, сбор урожая.

– На территорию всех опытно-производственных хозяйств Красноярского научного центра сформирован и постоянно обновляется архив многолетних спутниковых данных и основанных на них производных информационных продуктов, база геопространственных данных с различной тематической информацией. Вся эта информация является основой для оценки состояния сельскохозяйственных посевов. Используя накопленные данные из архива, можно не только проследить за изменениями, происходящими в пределах одного поля за один вегетационный сезон, но и проводить сравнение полученных значений за несколько лет. Также важно, что мы выходим на уровень работы с отдельными участками отдельных полей, а не только говорим о больших территориях, - отмечает Олег Якубайлик.

Так, например, эксперты проанализировали распределение вегетационных индексов для одного из полей в опытном хозяйстве "Курагинское". В 2020 году на нём выращивали рапс, а в 2021 году - пшеницу. Карты индексов отразили пространственное размещение сельскохозяйственных культур и постепенное увеличение содержания хлорофилла с течением времени.

По вегетационным индексам для каждого поля можно выявить неоднородность пространственного распределения посевов, которая показывает, например, неравномерность развития сельскохозяйственной культуры. На основе спутниковых данных о температуре и количестве осадков можно делать выводы о том, что климатические условия являются благоприятными (оптимальные значения температур и количество осадков) или неблагоприятными (дефицит и избыток осадков, аномально высокие и низкие температуры) для развития посевов.

Учёные также работают над созданием программно-технологической платформы, которая будет собирать в единое целое различные базы данных о хозяйстве и позволит строить динамические графики для мониторинга вегетации на сельскохозяйственных угодьях. Такая система предоставит возможность анализировать информацию с разных сторон и послужит инструментом для принятия решений.

- Мониторинг по спутниковым данным позволяет в оперативном режиме отслеживать состояние сельскохозяйственных посевов и оказывать информационную поддержку для решения сельскохозяйственных задач, – говорит Олег Якубайлик. - Собранная статистика о вегетационных индексах и агроклиматических показателях формирует объективную и обширную информацию. При необходимости список вычисляемых показателей может быть расширен. В перспективе такая система сможет отслеживать показатели всей территории хозяйства в режиме реального времени.

Доступ к данным через Интернет обеспечит специалистов информацией и позволит своевременно принимать решения при проведении технологических операций: от мониторинга уборочных работ, определения состояния выращиваемых культур до выявления проблемных мест на полях. Наличие такой информации за несколько лет позволит сравнивать данные, выявлять схожие тенденции и на их основе делать прогноз развития посевов. Такой подход должен обеспечить значительное улучшение эффективности агропроизводства и повышение урожайности.

Специалисты также подчеркнули значимость беспилотников в ситуациях, когда спутниковая информация ограничена, например, при облачности. Беспилотники также обеспечивают сантиметровую точность и позволяют создавать трёхмерные модели рельефа.

Эти новые возможности нельзя игнорировать. Совокупность современных технологий и подходов к обработке информации позволяют получить качественные прогнозы.

Фото пресс-службы Красноярского научного центра.