W jaki sposób teledetekcja wykorzystywana jest w rolnictwie precyzyjnym i czym jest wskaźnik NDVI? Jak z pomocą drona badana jest kondycja roślin i czemu drony "widzą więcej" niż ludzkie oko? Dowiedz się, czym jest mapa aplikacyjna i czemu pozwala ograniczyć koszty prowadzenia upraw.
Badanie kondycji roślin metodami teledetekcyjnymi
Teledetekcja opiera się na wykorzystywaniu zdolności do odbijania, absorbowania i przepuszczania przez obserwowane obiekty fal elektromagnetycznych. Do badań wykonywanych z niskiego pułapu najczęściej stosuje się czujniki pasywne, czyli takie, które rejestrują fale wysyłane przez naturalne źródło promieniowania – Słońce.
Rośliny w szczególny sposób odbijają fale elektromagnetyczne, co spowodowane jest przez kilka czynników, głownie są to: woda, barwniki i celuloza.
Fale widzialne (400-700nm) kontrolowane są przez zawarte w liściach barwniki jak chlorofil czy karotenoidy. Dla chlorofilu maksimum absorbcji zachodzi dla niebieskiej i czerwonej części widma. Odbicie zaś jest największe dla fal odpowiadających barwie zielonej, z czego wynika odbieranie przez ludzi barwy liści jako zielonej. Ludzkie oko nie dostrzeże natomiast kondycji struktury wewnętrznej liścia, która wpływa na fale podczerwone, będące poza zakresem widma światła widzialnego. Dla bliskiej podczerwieni – NIR (780nm-1400nm) warstwy zewnętrzne roślin są przezroczyste, co umożliwia im wnikanie w głąb struktury.
Ze względu na szczególny charakter odbijania przez rośliny fal promieniowania czerwonego (absorbcja) i bliskiej poczerwieni (odbicie), stworzono szereg wskaźników wykorzystujących te fale do badania kondycji roślin. Najpopularniejszym z nich jest NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – znormalizowany wskaźnik zieleni. Zawiera się on w przedziale od -1 do 1, gdzie wartości ujemne odpowiadają obszarom pozbawionym roślinności, a wartości dodatnie są zdeterminowane przez gęstość roślinności i jej wigor.
NDVI w praktyce
Właściwości odbicia promieniowania przez rośliny mogą zostać wykorzystane w praktyce do celów rolniczych: przy ocenie kondycji roślin i planowaniu nawożenia.
Do obliczenia wskaźnika potrzebne są wspomniane wcześniej pomiary odbicia promieniowania czerwonego i NIR. Rejestruje się je w postaci zdjęć za pomocą czujników spektralnych umieszczonych na satelitach lub samolotach. W przypadku pomiarów z drona, wykonywane zobrazowania pozbawione są wpływu atmosfery na rozpraszanie fal, a niska wysokość lotu pozwala na uzyskanie wysokiej rozdzielczości. Z pojedynczych zobrazowań tworzona jest ortofotomapa i obliczany jest wskaźnik NDVI.
Gotowe kolorowe zobrazowania przedstawiające wartości wskaźnika są już przydatne pod względem wizualnej analizy badanych terenów. Umożliwiają wyznaczenie obszarów pola wymagających szczególnej uwagi np. niedostatecznie nawożonych.
Wykorzystanie wskaźnika do tworzenia map aplikacyjnych
Po wykryciu przyczyny obniżenia kondycji roślin, kolejnym krokiem może być stworzenie mapy aplikacyjnej. Służy ona do stosowania zmiennego dawkowania nawozów, co jest podstawowym elementem rolnictwa precyzyjnego. Zawiera informacje o stanie roślin i planowanych optymalnych ilościach nawozu do ich odżywienia.
Korzyści płynące z wykorzystania mapy aplikacyjnej:
- Prawidłowe odżywienie roślin, równomierne na całym polu,
- Ograniczenie kosztów – optymalne dawki nawozu rozrzucane są precyzyjnie, co pozwala zaoszczędzić na produkcie,
- Szybsza praca,
- Zmniejszenie negatywnych wpływów rolnictwa na środowisko
Tworzenie mapy aplikacyjnej złożone jest z następujących etapów:
- Nalot – w trakcie którego wykonywane są zdjęcia nad zadanym polem.
- Przetwarzanie zdjęć – z zebranych zdjęć tworzona jest ortofotomapa. Dzięki odbiornikowi GNSS zamontowanemu na pokładzie samolotu, powstała ortofotomapa wpasowana jest w układ współrzędnych geograficznych.
- Obliczenie wskaźnika NDVI – obliczany jest wskaźnik wegetacji roślin.
- Generowanie mapy aplikacyjnej – na podstawie wartości wskaźnika NDVI, badany teren dzielony jest na obszary wymagające większej lub mniejszej dawki nawozu. Wartościom wskaźnika przyporządkowywane są zadane ilości nawozu.
- Wgranie mapy aplikacyjnej do nawigacji rolniczej i nawożenie.
Posiadając nawigację rolniczą i rozsiewacz nawozu, wykorzystanie mapy aplikacyjnej jest bardzo proste. Wystarczy zlecić jej wykonanie specjalistom i uzgodnić pożądane ilości nawozu. Otrzymaną mapę należy wgrać do nawigacji, a maszyna zajmie się resztą.
