Аерофотозйомка з безпілотника як основа для роботи обприскувача

Аерофотозйомка з безпілотника як основа для роботи обприскувача

/ Механізація АПК / Середа, 29 січня 2020 14:55

Під час сівби основних сільськогосподарських культур власникові доводиться вирішувати певні економічні питання. Вони залишаються актуальними впродовж усього періоду вегетації, адже стосуються внесення мінеральних та органічних добрив, витрати пального й інших матеріалів. Існує думка, що агрохолдинги та господарства, які не заощаджуватимуть на цих витратах, будуть неспроможні конкурувати з іншими господарствами й надалі програють на галузевому ринку.

Споконвіку агроном господарства вирішував, коли і де потрібно вносити добрива, у тому числі азотні. Останніми роками на актуальне запитання «де» дедалі частіше відповідають за допомогою «космічної зйомки».

Зміни зачепили практично всі сторони обробітку землі, а не лише моніторинг сільськогосподарських рослин. Уже працюють і користуються широким попитом системи стеження за пальним у тракторах, комбайнах і машинах, оснащених системами GPS. Оновлюють і продають на ринку сівалки й обприскувачі, які проводять точний висів і вибірково вносять добрива та засоби захисту. Увесь перелік таких причепів, приладдя й обладнання покликаний розв’язувати лише одну проблему — заощадження.

Та повернімося до космічної зйомки як основи прийняття управлінських рішень. Вона доволі поширена у розвинених країнах і має суттєві переваги, з яких найперша — охватність території. Через це фірми, що надають таку послугу, намагаючись отримати найбільший зиск, свідомо продають космічні знімки на більшу територію, ніж потрібно замовникові.

Наразі вітчизняні вчені та практики аграрної галузі не мають змоги вчасно надавати таку інформацію, бо не мають свого супутника. Тому інформація, яку отримують невчасно, одразу стає архівною. Коли ж потрібно мати актуальнішу або оперативнішу інформацію, вартість таких робіт перевищує всі допустимі норми.

Аби розв’язати цю проблему й отримувати нагальну інформацію, в тому числі як основу для обприскування гербіцидами і добривами, в США, Німеччині, Голландії, скандинавських країнах почали використовувати альтернативні засоби у вигляді дронів.

Схема застосування таких засобів на території господарства має такий вигляд. За допомогою безпілотника проводять зйомку необхідної площі. Отриману інформацію (аерофотознімки) суміщають з географічними координатами (у загальноприйнятій навігаційній системі координат WGS84), у результаті отримують файл управління для проходження полем техніки. Після оброблення знімків визначають стан схожості сільськогосподарських рослин. І тоді вже створюють технологічну карту внесення добрив чи засобів захисту рослин.

Tochne zem 2018 104 1

Це загальна процедура. Але, як і скрізь, є нюанси. Проведення зйомки залежить від погодних умов, причому найсприятливішою для роботи є сонячна погода. Вона дає змогу робити найбільш контрастні й чіткі знімки, що полегшує подальшу роботу. Якщо доводиться проводити зйомку у хмарну чи дощову погоду, отримані знімки піддають спеціальному аналізу.

Щоб дістати файл керування для обприскувача, з отриманої купи знімків роблять один фотоплан поля. Потім виявляють ареали з різним станом схожості сільськогосподарських культур і створюють технологічну схему поля. На її підставі агроном вирішує, коли на поле має виїхати техніка.

Важливо, що всі ці заходи можна проводити упродовж усього сезону й оперативно відстежувати зміни під час вегетації рослин.

Тепер поміркуємо про теоретичні основи прийняття рішення. Відомо, що будь-який об’єкт на поверхні, коли його освітлює сонячне світло, відбиває це світло і частково або повністю поглинає. Такими об’єктами є і сільськогосподарські культури. Проаналізувавши спектральні характеристики відбитого світла і зафіксувавши його на знімку, дізнаємося про стан рослин.

Але необхідно уміти читати інформацію, про яку свідчать знімки дистанційного зондування. Спробуємо з’ясувати, що ж відбувається під час зйомки і як користувачі мають її розуміти або інтерпретувати.

Спектральна крива відображає всі характерні риси, притаманні об’єкту. Вона складається з діапазонів довжин хвиль, яким властиве певне забарвлення (для різних каналів червоне, синє, зелене тощо).

Загальними факторами, що впливають на спектральні характеристики рослин, є особливості внутрішньої будови листя і вміст вологи. У синій (канал В) і червоній (канал R) зонах спектра відбивна здатність рослин дуже низька. Це тому що «зерно» хлорофілу у листі поглинає значну частину енергії, що падає на нього у цих діапазонах довжин хвиль (0,40–0,70) мкм.

В інфрачервоному діапазоні дослідники спостерігають максимальні значення коефіцієнтів відбиття ґрунту, не вкритого рослинністю. Це пояснюється тим, що ґрунт швидше прогрівається і, як наслідок, має більшу віддзеркалювальну поверхню. Ярусність, багатошаровість, висока біомаса зумовлюють зниження цих коефіцієнтів. Середні та низькі значення коефіцієнтів відбиття в синій та червоній зонах спектра і високі в зеленій та ближній інфрачервоній є характерною особливістю спектральних кривих рослинності. У середньому інфрачервоному діапазоні істотний вплив на форму спектральної кривої справляють смуги поглинання води. Значну частину енергії поглинає вода, яку містить листова пластина.

Далі звернімося до практичної підготовки комп’ютерного командного файлу для обприскувача за точного землеробства.

Спочатку із серії перспективних знімків отримуємо ортофотоплан.

Висота, на якій над полем пролітав безпілотник, коливалася в межах 80–100 м. Зйомку проводили за різних умов освітленості у безхмарну погоду. Спочатку маршрути безпілотника на різній висоті й у різних напрямках руху планомірно покривали площу поля. Це потребувало багато часу (до п’яти годин на 100 га), тому маршрути доопрацювали. Тепер це декілька серій спіралей знизу вгору і згори вниз над тестовим полем (рис. 1).

 

Рис. 1. Перспективні знімки, зроблені з безпілотника

Tochne zem 2018 102 2

 

Отримавши фотоплан дослідного поля (рис. 2а), підсилюємо контрастність знімка, щоб окреслити контури стану рослинності (рис. 2.б). Під час експрес-оцінки фотоплану чітко спостерігаємо змиті ґрунтові контури у центрі поля. Але для повної оцінки й визначення, де проходитиме обприскувач, треба відокремити ці контури від інших об’єктів природного походження. Для цього проведемо спектральний аналіз фотоплану.

 

Рис. 2. Ортофотоплан поля (а), підготовлений для експрес-аналізу (підсилення контрастності) (б).

Tochne zem 2018 103 1

 

Щоб відокремити сільгоспкультури від решти рослинності на полі (бур’яни, дерева) й достовірно інтерпретувати фотоплан, провели спеціально розроблений авторський спектральний аналіз (рис. 2с) (пакет для спектрального аналізу ErdasImage).

 

Рис. 2 с. Ортофотоплан після спектрального аналізу

Tochne zem 2018 103 2

 

Аналізуючи рис. 3, за різним кольором розрізняємо контури, що потребують внесення добрив (контури 1, 2, 3, 4) та контур 5, який найбільше змитий, тож на цій площі внесення будь-яких добрив не дасть підвищення врожайності. На північних кордонах поля спостерігаємо також іншу шкідливу рослинність — бур’яни, тож там потрібно внести хімікати.

 

Рис. 3. Ортофотоплан після нанесення тематичної інформації: 1 — найменш змиті контури; 2, 3, 4 — контури з різним ступенем змитості, 5 — площі з найбільш змитим ґрунтовим контуром

Tochne zem 2018 104 2

 

Тепер берімося за створення файлу для оприскувача, який вноситиме добрива.

Обчислення робимо на підставі інформації з оперативного фотоплану. Загальна площа поля — 97 га, на ньому ідентифіковано 68 га ґрунтових контурів, що мають відповідний колір. На решті площі спостерігаємо змиті (або реградовані) ґрунтові контури, окрім місць, де визначили бур’яни. Отже, внесення азотних добрив потребують лише 68 га. Крім цього, треба внести гербіциди, але не скрізь, а лише на деяких ділянках, які мають точні географічні координати. Тож агрономові нескладно порахувати де, та скільки він заощадить на внесенні мінеральних добрив і гербіцидів.

Наступний крок — створюємо картосхему, або технологічну карту внесення засобів захисту рослин. Технологічна карта (картосхема) має вигляд серії географічних координат, за якими визначаємо, коли вмикати (або вимикати) поливне обладнання, причеплене до трактора.

Технологічна карта показує, що сільськогосподарська техніка має пройти згідно з технологічними смугами (поперек схилу). Ширина технологічних смуг має відповідати розміру причіпного обладнання (як правило, до 12 м). Зелені полігони показують місця, де потрібно внести добрива. Внести азотні добрива потрібно й у місцях, окреслених жовтими полігонами (але тільки половину). На червоних полігонах добрива вносити не потрібно.

Підготовка географічних координат до завантаження у сільськогосподарську техніку (їх перетворення) дуже проста — зберігаємо файл із розширенням *.shape).

 

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.