Спутники помогут фермерам найти правильное решение
Использование спутниковых данных в сельском хозяйстве имеет гораздо больший потенциал, чем просто создание карт задач. Спутники помогают фермерам лучше, быстрее и глубже оценивать состояние своих культур. И в то же время он может помочь им документировать свою деятельность и события посредством мониторинга.
Европейская программа Copernicus создает невероятные возможности для анализа поверхности Земли. Первоначальное название было «Глобальный мониторинг для окружающей среды и безопасности», которое намекает на тип датчиков, установленных на борту, и отдает его основное предназначение. Несмотря на это, программа «Коперник» имеет большое значение для сельского хозяйства.
Большинство (или все) услуг для фермеров фокусируются на составлении карт приложений или карт задач: цифровых инструкций на основе местоположения для машин с компьютерным управлением. Это одно из больших преимуществ точного земледелия: вы даете растению только то в чем оно нуждается, поэтому различия в культурах требуют различной обработки — в данном случае интенсивности применения. Похоже, это стало святым Граалем для спутниковых данных (а также для изображений полученных с дронов, картирования почв или данных о урожайности за предыдущий год).
Спутник выявляет местные различия в условиях произрастания. Его отчет с высоты птичьего полета на поля и посевы может действительно помочь в определении зон стресса урожая и преобразовать это в карту приложения для снятия этого стресса. И эта карта задач также является хорошей новостью, поскольку мы предполагаем, что будущие полевые работы будут выполняться роботами или в ближайшем будущем.
Преимущество спутниковых данных заключается в том, что они могут предоставить последние изображения урожая по доступным ценам или даже бесплатно. Конечно, большой вопрос, может ли стрессовое состояние культуры быть связано с одной причиной по всему полю?
Способы работы со спутниковыми данными
Существует три способа работы со спутниковыми данными: картирование, измерение и мониторинг. Для отображения мы ищем шаблоны и можем идентифицировать и классифицировать объекты. В сельском хозяйстве классификация культур в течение многих лет была главной целью картирования, и в частности она использовалась учеными и государственными структурами. Не для фермеров — они уже знают, какие культуры они имеют на своей земле.
Второй способ — использование спутника в качестве измерительного устройства. Ученые построили сложные модели для определения свойств поверхности. Прагматики перевели их на показатели lsuhc как хорошо известный нормализованный дифференциальный вегетационный индекс (NDVI), который показывает, как накопленная биомасса поглощает и отражает различные части спектра. Мы можем отобразить изображение NDVI и искать шаблоны и классификации.
Третий способ — это мониторинг. Отображенные значения систематически сравниваются с течением времени и используются для разграничения изменений, эволюции, расхождений и т. д. Фактически, при мониторинге мы рассматриваем поверхность Земли как динамическую систему и можем наблюдать активность и поведение. В сельском хозяйстве: посев и сбор урожая (даже скашивание пастбищ), ирригация и т. д. Или, если посмотреть в более широком масштабе времени, вы можете определить изменения в землепользовании, которые представляют основной интерес с точки зрения изменения климата.
Опять же, есть много вещей, которые вам не нужно рассказывать фермеру, он является человеком, который делает или заказывает эти события. Но это очень полезно для других субъектов в области сельского хозяйства, включая администраторов, страховые компании и переработчиков. Для фермеров более полезны другие виды мониторинга, например, обнаружение аномалий и наблюдение за ростом их культур. И, конечно, мы можем снова отобразить эти события, чтобы замкнуть цикл «данных»: отображение, измерение и мониторинг.
Спутниковые опции
Программа «Коперник» имеет несколько различных типов спутников, которые были разработаны для различных целей мониторинга. Для фермеров наиболее интересными являются Sentinel-1, который измеряет микроволновые отражения, и Sentinel-2, который измеряет отраженную солнечную радиацию. Оба рассчитаны на шесть дней благодаря двум идентичным спутникам, работающим вместе.
Помимо Коперника, другие спутниковые группировки также могут быть использованы для мониторинга. Наиболее сенсационным является Планета, коммерческая альтернатива Копернику, который управляет сотнями очень маленьких спутников, позволяя почти ежедневно наблюдать всю Землю. И это еще не все альтернативы.
Определение причины стресса
Когда мы видим стресс у культуры, можем ли мы определить причину? NDVI — это показатель накопленной биомассы, поэтому, если мы видим различия в полевых условиях, они должны относиться к условиям окружающей среды. Пятьдесят лет наблюдения Земли показывают множество алгоритмов и связей между NDVI и различными стрессами.
Часто связь между наблюдаемым стрессом и NDVI довольно хорошая. Но без дополнительных знаний нелегко определить, является ли наблюдаемое более низкое значение NDVI (или любого другого индекса растительности) результатом нехватки воды, недостатка питательных веществ, неблагоприятных условий почвы, конкурирующих с культурой сорняков, вредителей или болезней или это может быть вызвано неисправностью сеялкаи.
Самое важное, что нужно сделать со спутниковыми данными — это проверить в поле, что вызывает наблюдаемые растительные напряжения. Объединение данных из разных источников, например карты почв, карты высот, данных о погоде и агрономических знаний, несомненно, поможет фермерам сузить список.
Спутниковая разведка урожая является одним из самых прямых и полезных приложений для дистанционного зондирования, но она не часто используется. И, выявляя причину, фермеры получают более эффективную информацию о своей культуре и поле, а также о том, чем полезны спутниковые снимки. И, конечно же, если причиной является, например, нехватка азота, спутниковые данные являются хорошим источником для составления карты переменных приложений.
Нам нужны фермеры для обучения систем
При правильном представлении данные могут помочь фермерам организовать свои поездки на места, найти места, где рост является неоптимальным, и выявить причины. И данные могут помочь агроному сделать лучший выбор. Но фермеры все еще не хотят, чтобы данные принимали решения. Даже системы, основанные на искусственном интеллекте или глубоком обучении, не помогут, пока мы не обучим эти системы знаниям всех причин влияющих на рост растений и урожайность.
Подводя итог, можно сказать, что использование спутниковых данных в сельском хозяйстве имеет гораздо больший потенциал, чем просто создание карт задач. Спутники помогают фермерам лучше, быстрее и глубже оценивать состояние своих культур. И в то же время они могут помочь им документировать свою деятельность и события посредством мониторинга.
Тамм ван дер Валь, научный сотрудник Wageningen Environmental Research
Источник: www.futurefarming.com
