Обследование сельскохозяйственных угодий на основе спектрозональной съёмки и ее анализа

Технологии точного земледелия

Технологии точного земледелия — наукоемкие технологии, позволяющие максимально эффективно использовать ресурсы сельхозпредприятия и при снижении затрат на производство максимально увеличить производительность и повысить рентабельность использования земель.

Не один десяток лет подобные технологии находят применение у зарубежных сельхозпроизводителей для целей планирования, зонирования сельхозугодий, учета площадей, мониторинга состояния растений и дифференцированного внесения удобрений.

Различные методы сбора информации обеспечивают агрономическую службу предприятия или владельца небольшой фермы актуальной и достоверной информацией о состоянии угодий: проблемных зонах, развитии растений, эффективности применения удобрений и гербицидов, эффективности и качестве работы сельхозтехники и т.д. Собираемые на регулярной основе данные ложатся так же в основу решения одной из важнейших задач агрономии — прогнозирования урожайности.

Для зондирования посевов и почв используются различные технологии сбора и обработки данных: ручные наземные сенсоры, производящие точечное измерение различных параметров на поле, мобильные сканирующие системы, устанавливаемые на сельхозтехнику, спутниковые снимки и аэрофотосъемка.

Одной из наиболее информативных и производительных технологий сбора информации в сельскохозяйственном секторе является спектрозональная съемка. Анализ отражательной способности почв и растительности в различных зонах спектра позволяет получать исчерпывающие данные о состоянии растений, степени их развития, потребности в удобрениях, поливе и т.д. На основе спектральных данных рассчитываются различные типы вегетационных индексов, наиболее распространенным из которых является индекс NDVI. Подобные расчеты, оформленные, например, в виде индексных карт, предоставляют наглядную информацию о посевах.

Производительность дистанционного метода сбора данных – вне конкуренции. Однако применение для таких целей спутниковой съемки или съемки с самолета отличается высокой стоимостью выходного продукта – спектральных снимков. По этой причине в абсолютном большинстве случаев предприятия не пользуются такого вида услугами. Кроме того, низкая оперативность получения спутниковых данных и низкое пространственное разрешение сводит на нет почти все преимущества спектрального мониторинга.

Недостатки всех вышеописанных методов позволяет обойти технология, основанная на применении легких беспилотных летательных аппаратов, различные типы которых получили широчайшее распространение в последние годы. Опираясь на предыдущий опыт использования сверхлегких беспилотных летательных аппаратов в области геодезии и картографии, швейцарская компания SenseFly и российская компания «Джи Пи Эс Ком» совместно с Российским Государственным Аграрным Университетом имени К.А. Тимирязева разработали комплекс услуг, связанных со спектрозональной съемкой сельхозугодий и предоставлении на ее основе пакета аналитических данных. Такой подход позволяет агрономической службе предприятия масштабно взглянуть на земли предприятия и с высокой детальностью оценить и проанализировать результаты своей деятельности.

О том, что видно сверху

В процессе беспилотной съемки используются 2 типа сенсоров. Один из них производит съемку в видимом диапазоне спектра, второй имеет канал, чувствительный в зоне ближнего ИК.

Данным, полученным при помощи сенсора видимой зоны спектра, отводится важная роль в задачах анализа поверхности поля. По данным этого сенсора производится построение объемной, трехмерной модели поверхности земли, анализ рельефа местности и другие важные задачи.

Произведя съемку незасеянного поля и повторяя съемку с некоторой периодичностью, можно по разнице превышений судить о скорости роста посевов, их развитии, о возможности появления эрозии и т.д. Данные о рельефе получаются с высокой детальностью – от 5 см на пиксел изображения, что позволяет на основе цифровой модели рельефа проводить различные виды гидрологического анализа: строить карты водотоков, определять бессточные области, получать карты уклонов или профили заданного участка поля.

О том, что можно вычислить

В сельском хозяйстве наиболее распространен нормализованный относительный вегетационный индекс NDVI. Большинство сенсоров наземного базирования измеряют и анализируют именно его. Однако для получения представления о состоянии посевов на всей площади сельхозугодий трактору необходимо объехать все поля межу за межой, тратя ГСМ и моторесурс. В случае, когда необходимо получить карту NDVI «здесь и сейчас» — к примеру, для оценки состояний озимых культур после зимовки – агроном чаще всего не получает общей картины. Спутниковые же методы не дают достаточного пространственного разрешения. Помимо этого, стоимость актуального спутникового снимка с высоким разрешением на заданную территорию приближается к стоимости аэрофотосъемки с использованием пилотируемой авиации.

Использование наземных сенсоров и снимков низкого разрешения для построения вегетационных карт имеет еще один существенный недостаток: наличие открытой почвы (или каких-либо антропогенных объектов), попадающих в зону видимости сенсора приводит, к искажению общей картины NDVI, т.к. в итоге сенсор усредняет показания. В случае съемки все тех же озимых посевов влияние этого фактора делает применение NDVI абсолютно нецелесообразным. Однако при использовании беспилотной съемки высокого разрешения возможно аналитическими методами отделить «зерна от плевел» и получить точную индексную карту.

Многие сельхозпроизводители применяют в своей работе системы дифференцированного внесения удобрений. Суть технологии в том, что разбрасыватель на сельхозтехнике действует по своего рода программе, внося разное количество удобрений на разных участках поля. Тщательный анализ различных факторов при построении такой «программы», именуемой файлом предписаний, позволяет существенно сократить расход удобрений, снизить стоимость производственного процесса, избежать негативных последствий, связанных, к примеру, с «перекармливанием» растений и т.д. В абсолютном большинстве случаев необходимо провести тщательное зонирование поля, которое, в свою очередь, невыполнимо без
возможности наблюдать ситуацию в целом, максимально использовать данные
многолетних наблюдений и регулярного мониторинга.

Необходимо упомянуть, что решение всех вышеозначенных задач невозможно без точного позиционирования цифровых данных в пространстве, т.к. полученные результаты, в частности файл предписаний, должны, во-первых, иметь надежную
пространственную привязку при интеграции с сельхозтехникой в системах параллельного вождения, а во-вторых, обеспечивать совместимость разномоментных наблюдений. Т.к. обработанные данные беспилотного аппарата являются метрическими и имеют точную географическую привязку, то не составляет проблем провести по ним измерения длин, площадей, а также объемов. Последнее позволяет, к примеру, получить объемы зерна в открытых зернохранилищах или, при сравнении разномоментных данных, получить объем прироста зеленой массы на поле.

Благодаря экономической эффективности, методы точного земледелия с привлечением спектрального анализа нашли широкое применение у крупных и мелких сельхозпроизводителей на Западе и постепенно обживаются на просторах России. Особое значение это приобрело с учетом экономической ситуации и проблемы импортозамещения. Крупные и мелкие аграрные предприятия все более тщательно анализируют соотношение «цена-качество» при выборе поставщика техники или услуг. В этом отношении технологии дистанционного зондирования с применением БПЛА находятся в максимально выгодном положении. БПЛА eBee Ag способен за один полет – 55 минут – в зависимости от требуемой детализации собрать данные на площади от 500 до 2 000 Га без затрат на ГСМ и расхода моторесурса. А подробные аналитические карты дадут возможность агрономической службе принимать максимально верные решения.

Полный цикл сельскохозяйственных работ с БПЛА eBee Ag

Запашка	Контроль качества запашки Оценка почвенного покрова Гидрологический анализ
Всхожесть	Индексные карты Оценка площадей Оценка причин невсхожетсти
Рост	Мониторинг роста Дифференцированная подкормка Прогнозирование урожайности
Борьба с засорением	Выявление очагов сорняков Дифференцированное внесение гербицидов
Уборка урожая	Мониторинг уборки Послеуборочная обработка земли Мелиорация

Оказываемые услуги

Виды работ	Получаемые материалы	Ориентировочная продолжительность, 2 000 Га/дней	Сфера применения
Спектрозональная фотосъемка	Индексные карты NDVI	1	Мониторинг состояния посевов
Спектрозональная фотосъемка с совместной разработкой файла предписаний для дифференцированного внесения азотных удобрений	Индексные карты NDVI, файл предписаний для дифференцированного внесения азотных удобрений	2	Мониторинг состояния посевов, оптимизация расхода удобрений и работы с\х техники
Гидрологический анализ	Фотомозаика с возможностью определения расстояний и площадей, Цифровая Модель Местности, карты бессточных областей, карты уклонов, карты структурных линий рельефа	4	Гидрологический анализ, учет площадей, визуальный мониторинг местности, определение участков эрозии при регулярном мониторинге
Обзорная фотосъемка	Фотомозаика  с возможностью определения расстояний и площадей, Цифровая Модель Местности	2	Учет площадей, картирование границ с\х угодий, визуальный мониторинг местности, оценка рельефа
Картографирование границ с/х угодий	Векторная карта границ полей	2	Учет площадей, картирование границ с\х угодий

Чтобы узнать стоимость работ, отправьте, пожалуйста, запрос на адрес info@gpscom.ru

Также возможна аренда БПЛА