У нашій країні лише останнім часом почали говорити про необхідність розвитку моніторингу в сільському господарстві, наводячи приклади успіхів в інший країнах, але будь-якої допомоги з боку уряду поки немає. Ба більше, такі приклади і продаж подібної інформації (дистанційних даних і супровідних матеріалів) іноземного походження одразу ставлять під сумнів перспективність цього напряму, оскільки ані ціна такої інформації, ані час її надходження до замовників не є конкурентоспроможними. Підтримання власної космічної програми уряд наразі навіть на розглядає, колективи підприємств космічної галузі страйкують і перебувають на межі розпаду.
Час, протягом якого користувач отримує інформацію дистанційного характеру, одразу перетворює її на архівну. Такою інформацією можна скористатися лише для моніторингу об’єктів, які не змінюються тривалий час: нерухомість, об’єкти підвищеної небезпеки, забудова тощо. Неоперативність та недостатня для сільського господарства точність даних не дають можливості навіть самотужки розгорнути програму з точного землеробства у межах господарства або агрохолдинга.
У межах господарств лише в поодиноких випадках є певна група людей або окремий працівник, який може обробити отримані знімки й перевести їх у відповідну оперативну картографічну схему, зрозумілу для агронома. До того ж із появою обприскувачів, здатних точно вносити добрива та засоби захисту, актуальність картографічних схем поступово нівелюється і виникає потреба створювати відповідний комп’ютерний файл для обприскувача. Але ця тенденція лише розпочала розвиватися і має багато перешкод на своєму шляху (деякі моделі обприскувачів не мають доступу до функції точного внесення, що прописаний в їхніх паспортах).
Повернемося до питання моніторингу схожості рослин та головної проблеми щодо джерел надходження точної інформації. Користувачі потребують оперативного отримання інформації про стан сільськогосподарських рослин. Постачальники дистанційної космічної операції зазвичай надають інформацію щодо більшої площі, ніж це потрібно замовникові. Для визначення стану сільгоспкультур вони потребують додаткової інформації про сівозміни і сорти. Загальна мета моніторингу — полегшення обробки цієї інформації та зменшення помилок під час розрахунків.
Рис. 1. Сучасна інтерпретація розробок аматорів минулого століття. Створений ортофотоплан модельних дослідів посівів ярої пшениці
Справа в тому, що від початку вегетації і сільськогосподарські рослини, і бур’яни, що ростуть поряд з ними, мають однаковий колір, тони й напівтони, що їх аналізують за допомогою дистанційної інформації. Дослідники у розвинених країнах (Кребс, 1963 р.), у СРСР (Кринов, 1947 р.) розробляли методичні підходи до адекватної оцінки стану сільгоспрослинності, але вони так і лишилися на стадіях розробки, жоден із цих методичних підходів не прийняли аграрії-практики.
Інакше кажучи, не створено бази для прийняття рішень на основі оперативної дистанційної інформації. Далі детально розглянемо, чому.
На теренах СРСР були спроби і навіть розробки для вирішення цього питання. На жаль, забракло часу й волі довести це до реальної технології (відбувалося це наприкінці 90-х років). Після розвалу СРСР поступово втратили наукові супутники, а згодом і наукові кадри, що володіли цими методичними підходами.
Закордонні супутники надають оперативну інформацію суто так, що знімки фрагментарно перекривають потребу аграріїв. Що мається на увазі? Справа в тому, що кожен супутник має свою орбіту, яку розраховують у такий спосіб, щоб в один й той самий час він був над територією, яку потрібно знімати. Це приблизно 11:00–13:00 щодоби. Оптика на супутнику спроектована так, що знімає лише смугу (що ширше смуга, то менша роздільна здатність). Отже, смуга коливається від 50 до 600–800 км. Тож супутник не може одразу покрити зйомкою всю територію країни за одну добу. Це мають зробити інші супутники-сателіти, але вже в інший час. Звідси фрагментарність даних, що не сприяє створенню бази даних спектральних сигнатур сільськогосподарських рослин.
І, як наслідок, нестача оперативних даних зумовила відставання методики, відсутність нових підходів. Наприклад, в Україні аерофотозйомка виникла лише в період із 2004 по 2009 рік і суто для одноразового вирішення стратегічних кадастрових питань.
Для моніторингу схожості сільськогосподарських рослин потрібно створити відповідні сучасні методичні підходи. Від цього залежать оперативне керування та оцінка с/г рослинності. На цьому етапі розвитку подібні питання вирішують лише на основі вегетаційних індексів.
Але за своєю фізичною суттю (індекс не має власної вимірювальної одиниці) це просте розрахункове значення. І якщо придивитися до подібних зображень у червоному, зеленому чи будь-яких інших каналах оптичного спектра, можна упевнитися, що різниці між ними і зображеннями, побудованими на основі вегетаційного індексу, немає (рис. 2а, б).
Рис. 2. а) Ортофотоплан, створений в моделі RGB; б) той самий ортофотоплан, перероблений під псевдо-NDVI і представлений лише в інфрачервоному каналі (сірим кольором)
Деякі дослідники, які використовують індекс NDVI, зазначають, що його можна використовувати для розрахунків випаровування, вологості, біомаси, обсягу опадів і шару снігового покриву.
Крім того, практично всі вегетаційні індекси мають часове зміщення в разі визначення того чи іншого показника. Це пов’язано з екологічними та кліматичними особливостями (зміною стану рослинності) на території, яку досліджують.
Під різкою зміною стану рослинності розуміють зміну сигнатури сільськогосподарської рослинності внаслідок, зокрема, опадів або дії шкідників. Тому сигнатура може повернутися до стартового стану за декілька годин (опади) або не повернеться вже ніколи (шкідники). Таких можливостей вегетаційні індекси враховувати не вміють і через співвідношення в розрахунках завжди втрачають.
Досвідчені користувачі також впроваджують оцінку на основі NDVI лише як проміжну, як складову для більш ускладненого аналізу та в інших галузях і потребах.
Загалом такі індекси вже не мають перспектив і є морально застарілими для використання в сучасному аграрному секторі. Останнім часом з’явилася можливість проводити аерофотозйомку на невеликих ділянках (полях) саме там, де в цьому є потреба. Проводять зйомку, як правило, з безпілотних літальних платформ або безпілотників.
Ці безпілотні літальні апарати через свої невеликі розміри вміщають лише оптичні сенсори у видимому електромагнітному діапазоні. Але зйомка з таких апаратів має переваги: час, потрібний на зйомку, і проведення зйомки саме в той момент коли це потрібно.
Під час проведення аерофотозйомки вмістити в один знімок усю площу практично неможливо, тому аерофотознімки, так би мовити, «зшивають» і отримують загальний фотоплан для подальшої оцінки. Коли потрібно з фотоплану отримати географічні координати, проводять додаткове коригування і перетворюють фотоплан на ортофотоплан із визначеними географічними координатами. Це робиться для потреб точного землеробства і передачі географічних координат у вигляді файлу на обприскувач або інше причіпне обладнання з можливостями точного землеробства (рис. 3).
Рис. 3. Скетч (тимчасове) зображення «хмари точок» під час створення ортофотоплану на базі серії знімків з аерофотоносія
Створений ортофотоплан піддають аналізу. Зауважимо, обробляють інформацію в дуже стислі строки — лише декілька годин, що порівняно із супутниковою інформацією має визначну перевагу. Під аналізом інформації розуміють інтерпретацію зеленого кольору і надання кожному типу зеленого кольору класу поливу. Усе це проводять на базі головного кольору, притаманного саме цьому полю й тільки йому, що дає змогу не використовувати базову систему еталону (для якого, як правило, використовують будь-яку поверхню білого кольору).
Ще однією перевагою аерофотозйомки є можливість якісно розрізнити і визначити ареали шкідливої рослинності (бур’янів), що пов’язано з мікрорельєфом поля та гранулометричним складом ґрунту.
Такий тип зйомки повністю покриває оперативне спостереження у межах господарства за станом схожості і вегетацією корисних рослин, що, своєю чергою, дає змогу використовувати технології точного землеробства (під час сівби та обприскування) та заощаджувати добрива.
Методично аерофотозйомка з безпілотних літальних апаратів дає змогу знімати з різних ракурсів на середніх висотах — 80–100 м. Це дуже добра основа для оперативної оцінки стану сільгоспрослинності, оцінки страхових випадків тощо.
Максим СОЛОХА, Національний науковий центр
«Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О. Н. Соколовського»
