Визначення бур’янів на полі на основі аерофотозйомки з БЛА

Визначення бур’янів на полі на основі аерофотозйомки з БЛА

/ Механізація АПК / П'ятниця, 24 січня 2020 15:02

Своєчасне визначення засміченості поля бур’янами і внесення засобів захисту рослин дає змогу підвищити врожайність. Завдяки повноцінному моніторингу поля можна покращити якість сільськогосподарської продукції, визначаючи ареали з якіснішими сходами і мінімальною кількістю бур’янів. Проведення такого моніторингу за допомогою БЛА (безпілотного літального апарата) — наразі найбільш швидкий і репрезентативний варіант.

Але як відрізнити бур’яни на полі на початку вегетації, коли вони зливаються за кольором і зімкненістю із сільськогосподарськими культурами? Як систематизувати і відрізнити ареали бур’янів, встановити їх видовий склад і приналежність до відповідного сімейства? І що робити, коли ці ареали незначні, але поширені по всьому полю, а внесення засобів захисту лише знизить урожайність? Адже відомо, що внесення будь-яких хімічних засобів постійно знижує загальну врожайність поля. Тобто традиційні способи внесення засобів захисту не є рентабельними.

Розв’язувати проблему бур’янів потрібно комплексно. А саме: порівняти періоди вегетації бур’янів із періодами вегетації сільськогосподарських культур, а також умови їх росту. Дуже складно класифікувати і встановити контури на полі. Слід зважати на сукцесію, тобто займання ареалів зростання одних бур’янів іншими у період вегетації. І, насамкінець, встановити порядок та алгоритм визначення бур’янів за допомогою аерофотозйомки з БЛА і надати виробничникам рекомендації на основі отриманої дистанційної інформації. Далі детальніше розглянемо кожне з цих питань.

Періоди вегетації бур’янів відрізняються від періодів вегетації сільськогосподарських культур, інколи випереджаючи їх на місяць або два. На цій підставі можна визначати бур’яни ще по мерзлоталому ґрунту або одразу після того, як сніг зійде з поля.

Аналізуючи аерофотознімки з БЛА, встановили ще одну закономірність — тісний зв’язок ґрунтових контурів на полі з будь-якою рослинністю (бур’янами або корисними рослинами). Справа в тому, що ґрунтові контури, своєю чергою, тісно пов’язані з рельєфом та мікрорельєфом, позаяк процес створення ґрунтів безпосередньо залежить від умов рельєфу (насамперед, кількості вологи та енергії сонця). Ця закономірність є достовірною в усіх основних природних зонах України.

Основні тенденції, властиві строкатому рельєфу поля, покажемо далі. Але майте на увазі: всі ці дії актуальні лише на початку вегетації рослин, коли ще можна виправити ситуацію і внести засоби захисту. Якщо робити зйомку, наприклад, наприкінці травня, у червні ситуацію можна лише спостерігати, а не впливати на кінцевий результат.

Підвищення рельєфу, покрите рослинністю, відображається на аерофотознімку (всі злакові, бобові й технічні культури) із забарвленням світлішого відтінку, аніж решта рослинності. Якщо такий контур покритий бур’янами, вони мають інтенсивне забарвлення різного за контрастністю зеленого кольору.

На рис. 1 бачимо яскравий приклад згаданої закономірності у вигляді фрагмента поля, на якому росте соняшник. У мікропониженнях (подах) завдяки зволоженню зійшов хвощ польовий (представлений яскравим насиченим салатовим кольором). Він відрізняється від соняшнику відсутністю рядності і хаотичними сходами. Крім того, на поле соняшнику внесли 100 кг КАСу, що лише прискорило ріст хвощу польового.

 

Рис. 1. Соняшник, висаджений на строкатий мікрорельєф поля (виположення темніші й заповнені яскравою рослинністю (бур’ян — хвощ польовий)

Tochne zem 2018 78 1

 

На більш освітлених контурах на полі не прижилися ані соняшник, ані хвощ — для обох рослин умови росту є лімітувальними. На рис. 2 показано такі самі умови росту озимої пшениці. Знімки 1 і 2 зроблено на відстані у сотні кілометрів, тобто вони розташовані у різних природних зонах (перше поле — Полісся; друге — Лісостеп), але умови зростання (рельєфу) однаково впливають на сільськогосподарські культури.

 

Рис. 2. Озима пшениця на строкатому рельєфі (змитому схилі), практично немає рослин на схилі

Tochne zem 2018 78 2

 

Таких аерофотознімків уже проаналізовано понад 10 000 по всій території України. Для повноти картини наведемо ще приклад Степу — зрошувані масиви Херсонської області (рис. 3), де теж підтверджено цю закономірність. Виявити їх можна лише за просторової роздільної здатності знімка менш ніж 50 см/піксель. Тому визначати ці закономірності на полі на космічних знімках проблематично.

 

Рис. 3. Озима пшениця після сходження снігу (освітлені контури на полі — змиті контури ґрунту — показано стрілками). На пару стрілками показано такі самі освітлені контури

Tochne zem 2018 79 1

 

Отже, можна дійти висновку, що між ґрунтовими контурами та мікропониженнями на полі є прямий зв’язок із бур’янами, які одразу займають «місце під сонцем» замість с.-г. рослин.

Якщо пониження покрите сільськогосподарською рослинністю, ця рослинність (злакові) з квітня по травень має темніший та інтенсивніший зелений колір порівняно з іншим кольором на цьому полі. Із середини травня до середини липня злакові у пониженнях вимокають, що спричинює стрес і різко змінює їх забарвлення на світлий салатовий колір.

Якщо у пониженнях посіяно будь-яку технічну культуру, вона впродовж усього періоду вегетації до дозрівання має постійний інтенсивний зелений колір. За наявності схилу на площі об’єкта дослідження будь-яка сільськогосподарська культура перебуває у стресовому стані й відрізняється від решти або салатовим кольором або взагалі припиняє свій ріст і вегетацію (рис. 2). Якщо досліджуване поле не має яскраво строкатого рельєфу (згідно з попередніми картами рельєфу цієї території), а контури рослинності різного забарвлення, це свідчить про хворобу сільськогосподарських рослин або наявність біологічних шкідників.

Також є випадки, коли зйомку проводили після того, як культура припинила вегетацію на схилі, а він все одно забарвлений інакшим кольором (синім, коричневим або будь-яким іншим). Цей випадок пояснюється біологічною сукцесією на цій території, за якої сільськогосподарську рослину заміщує будь-яка польова (або бур’ян), що притаманна цій території. Такі випадки фіксували на зйомці впродовж всієї вегетації на всіх майданчиках, де проводили зйомку з БЛА.

Польові рослини (чи бур’яни) мають потенціал щодо виявлення ґрунтових контурів і потребують додаткової систематизації у вигляді бази даних або переліку з візуалізацією, якої наразі в Україні немає.

Фільтраційна і водоутримувальна здатність, швидкість просихання ґрунтів, тепловий режим ґрунтів визначаються гранулометричним складом. Як правило, легкі ґрунти (піски, супіски) виявляються більш «теплими», тобто швидше відтають і прогріваються сонцем, тому аерофотозйомку для встановлення ареалів бур’янів можна проводити навесні.

Якщо рельєф підвищений, то у 100% наземних досліджень він зумовлює коротший гумусований профіль ґрунту і має світліший тон кольору. Змиті (ксероморфно-еродовані) ґрунти мають підвищену спектральну яскравість. Значення спектральної яскравості (СЯ) коливаються від 80 до 130 каналу R.

Первинний перелік спектральних (кольорових, тональних) яскравостей бур’янів сформували у 2014 році. Він має на меті додаткове посилення під час дешифрування ґрунтових контурів за несприятливих метеорологічних умов. Тональні кольори типу ґрунту, дешифрованого на території дослідження, мають забарвлення відповідно до кількості гумусу, яку, своєю чергою, опосередковано встановлюють за підвищенням вологонакопичення у відповідних формах рельєфу (пониженнях).

Систематизація бур’янів на полі — доволі нетривіальне завдання, хоча б через те, що на одному й тому самому полі, обраному для дослідження, може рости декілька видів бур’янів, навіть із різних сімейств, родів (рис. 4).

 

Рис. 4. Праворуч — хвощ польовий, ліворуч — суріпиця. Поле соняшнику. Травень 2015 р.

Tochne zem 2018 79 2

 

Тобто порядок (алгоритм) визначення бур’янів за допомогою аерофотозйомки з БЛА є таким:

  • аерофотозйомка;
  • аналіз поля на предмет мікропонижень і змитих контурів ґрунтів;
  • на основі отриманої інформації нанесення ареалів на поле та формування первинної картини спектральних характеристик сільськогосподарських культур.

 

Якщо рядності культури не спостерігається, а ареал збігається з мікропониженням, схилом або змитим контуром, контури ареалу покажуть на полі бур’яни. Для уточнення виду бур’янів, вдаються до методики, яка полягає у розділенні каналів моделі JPEG, яку використовують у більшості фотоапаратів. У відповідному програмному забезпеченні ці канали перетворюють на цифрові й аналізують (рахують статистичні показники) на візуальному графіку.

На цьому графіку аналізують характер розподілення середньозважених спектральних характеристик моделі JPEG (канали RGB), що отримують зі знімка. Найцікавішим є розподіл цих характеристик каналами моделі, що відтворює залежність між бур’янами та сільськогосподарськими культурами на полі, поза впливом метеорологічних факторів.

Аналіз моделі JPEG дає змогу точно відрізняти бур’яни один від одного за кольором, контрастністю та, що найважливіше, від сільськогосподарських рослин. В останню чергу потрібно створити електронну картосхему внесення засобів захисту і передати управлінцю або агрономові цю картину поля.

Аналізуючи всі ці знімки, автор звернув увагу, що порівняно зі всією площею поля ареали бур’янів доволі малі (не більше ніж 1–3% площі поля). Тому проводити точкове розпилення засобів захисту причіпним або самохідним обприскувачем не рентабельно. Відтак на перше місце серед елементів точного землеробства у цій технології виходять новітні обприскувачі на базі важких квадрокоптерів, які розроблені саме для виконання точкових завдань.

 

Максим СОЛОХА, Національний науковий центр
«Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О. Н. Соколовського»

svidome

 18 травня 2022
На Сумщині триває сівба ярих зернових та зернобобових культур. Загалом в області посіяли ярих сільськогосподарських культур на площі 368,9 тис. га.
На Сумщині триває сівба ярих зернових та зернобобових культур. Загалом в області посіяли ярих сільськогосподарських культур на площі 368,9 тис. га.
18 травня 2022
 18 травня 2022
Департамент сільського господарства США (USDA) зробив прогноз світового балансу основних сільськогосподарських культур на наступний 2022/23 маркетинговий рік.
Департамент сільського господарства США (USDA) зробив прогноз світового балансу основних сільськогосподарських культур на наступний 2022/23 маркетинговий рік.
18 травня 2022
 18 травня 2022
Комітет Європейського парламенту з міжнародної торгівлі схвалив призупинення ввізних мит ЄС на українську продукцію на рік для підтримки економіки України.
Комітет Європейського парламенту з міжнародної торгівлі схвалив призупинення ввізних мит ЄС на українську продукцію на рік для підтримки економіки України.
18 травня 2022
 17 травня 2022
Практична рульова рама від Steketee розширює спектр можливостей застосування будь-яких просапних машин.
Практична рульова рама від Steketee розширює спектр можливостей застосування будь-яких просапних машин.
17 травня 2022
 17 травня 2022
Президент підписав Закон України «Про організації водокористувачів та стимулювання гідротехнічної меліорації земель» (№ 2079-IX), який 17 лютого 2022 року ухвалила Верховна Рада України.
Президент підписав Закон України «Про організації водокористувачів та стимулювання гідротехнічної меліорації земель» (№ 2079-IX), який 17 лютого 2022 року ухвалила Верховна Рада України.
17 травня 2022
 17 травня 2022
Нині сільське господарство України – один з найбільших споживачів пального серед усіх галузей національної економіки. Ця галузь використовує понад 25% дизпалива та 5% бензину від загального обсягу. Щорічне споживання дизельного пального в сільському господарстві становить близько 1300 тис. т, а бензину моторного – понад 85 тис. т.
Нині сільське господарство України – один з найбільших споживачів пального серед усіх галузей національної економіки. Ця галузь використовує понад 25% дизпалива та 5% бензину від загального обсягу. Щорічне споживання дизельного пального в сільському господарстві становить близько 1300 тис. т, а бензину моторного – понад 85 тис. т.
17 травня 2022

Please publish modules in offcanvas position.