Дистанционное зондирование поля

Сельскохозяйственные технологии остаются в центре внимания всех, кто связан с сельским хозяйством, и технология дистанционного зондирования играет ключевую роль в различных инструментах. От консолидации отрасли для инвестиционных решений до деловых соглашений – принимается множество решений о крупных долларовых сделках. Но насколько хорошо мы по-настоящему понимаем, как работает технология?

Первая международная компания в сфере цифрового земледелия, основанная агрономами в 1987 году, компания «ГЕОЗИС» стала первопроходцем в разработке инструментов, основанных на спутниковом картографировании, агрономии, Интернет-технологиях и управлении базами данных.

Поскольку компания отмечает 30-летие работы в сельскохозяйственной сфере и немногие отрасли подверглись стольким трансформациям, как сельское хозяйство, пришло время экспертам компании «ГЕОЗИС» предоставить больше возможностей для понимания сути технологии дистанционного зондирования.

Вот 4 ключевых понятия, которые следует знать каждому, кто работает в этом секторе.

1. Революция и разрешение

Важно различать размер пикселя и другие характеристики, поскольку о них часто забывают, но они имеют существенное значение. Когда спутниковые снимки называются «с высоким разрешением», скорее всего, имеется в виду пространственное разрешение и, в качестве компромисса, в результате получается низкое временное разрешение.

В настоящее время никто не может предложить высокое пространственное и высокое временное разрешение, поэтому необходим компромисс. Понимание влияния различных видов разрешения помогает оценить значение данных в зависимости от потребностей.

Пиксели: Изображения получают путем фиксации света, отраженного от поверхности Земли, и их регистрации в матрице пикселей.

Пространственное разрешение: Касается наименьшего объекта, который может быть идентифицирован на земле и изменяется в зависимости от угла расположения сенсора относительно его цели. Таким образом, пиксели на одном спутниковом снимке могут иметь разное пространственное разрешение.

Временное разрешение: Промежуток времени между получением снимков или период повторной съемки, а также частота, с которой данные загружаются на наземный сегмент

Высокое пространственное и низкое временное разрешения лучше всего подходит для высокоточных инструментов, которые требуют внутриполевого анализа. Но вид исследуемой культуры влияет на важность пространственного разрешения. Например, сверхвысокое пространственное разрешение имеет мало значения для крупных производственных культур, поскольку оборудование, используемое для работы с этими культурами, не может производить обработку на таком уровне точности. В то время как во фруктовом саду, где обрабатывается каждое растение, большую ценность могут иметь данные со сверхвысоким пространственным разрешением.

Низкое пространственное и высокое временное разрешение лучше всего подходит для мониторинга посевов. Чем большей площадью и большим количеством фермеров управляет агроном, тем важнее быстро определить, какие поля требуют внимания. Получение ежедневных данных в больших масштабах обеспечивает возможность более эффективного и продуктивного управления временем.

2. Спектр

Радиометрические приборы на спутниках измеряют длину волн электромагнитного излучения, которые отражаются от цели на Земле, – так называемый спектральный отклик – на основании электромагнитного спектра. Разные объекты имеют разные спектральные характеристики, которые предоставляют информацию об объекте, за которым ведется наблюдение.

Поскольку инструменты дистанционного зондирования (спутники, дроны и т.д.) имеют собственный спектральный диапазон, они видят не полностью одинаковые цвета на определенной поверхности. Это означает, что данные, получаемые из различных источников, нельзя сравнивать друг с другом без тщательной взаимной калибровки.

3. От длины волны к здоровью посевов

Данные о длине волны и уровень спектральной чувствительности обеспечивают предоставление информации, необходимой для расчета вегетационных индексов, которые в свою очередь, обеспечивают определение относительной плотности и здоровья растительности для каждого пикселя на спутниковом снимке.

Наиболее распространенным является Нормализованный относительный индекс растительности (NDVI): он зависит от активности биомассы и хлорофилла, и его значения варьируют от -1 до +1. Чем более развита и здорова вегетация, тем ближе будет значение к +1, поскольку отражение в инфракрасном диапазоне волн гораздо больше, чем в видимом красном спектре. Наличие небольшой разницы между отражением в этих двух диапазонах может указывать на то, что растительность ослаблена или мертва, или данные собраны на оголенном грунте.

Наконец, каждый снятый пиксель является источником огромного количества информации, которую можно использовать в различных вычислениях для обеспечения множества точек измерения данных. Чем больше безоблачных пикселей, тем больше информации и лучших данных в результате.

4. Качество обработки данных

Необработанные спутниковые снимки не подходят для использования, когда речь идет об их применении в сельском хозяйстве. Информация, собранная с сенсоров спутника, должна быть обработана перед тем, как ее можно будет использовать для анализа, такого как расчет индекса NDVI. Существует ряд факторов, влияющих на снимки, полученные одним спутником, которые должны быть скорректированы, в том числе:

• Атмосфера

• Облачность

• Тени

• Изменчивое пространственное разрешение – результат отклонения от надира

• Разные углы падения солнечного света в связи с рельефом земной поверхности

• Угол обзора сенсора

• Топографические искривления

• Влияние окружающей среды

Большинство этих искажений может быть устранено автоматически, с помощью правильных алгоритмов и метаданных, но остальное может быть достаточно трудоемким процессом. Вот разница между красивой разноцветной картой и фактическими данными, которыми пользователи могут воспользоваться.

Несмотря на то, что использование спутниковых данных не требует глубокого понимания того, как работает технология, обладание практическими знаниями о нескольких ключевых понятиях поможет лучше понять, что можно реализовать с помощью этой технологии.

Именно поэтому компания «ГЕОЗИС» с удовольствием представляет Вам свою брошюру «Понимание и оценка технологии дистанционного спутникового зондирования в сельском хозяйстве».