Місце проведення дослідження: територія дослідного полігону Інституту цукрових буряків «Саливонківське» поблизу населеного пункту Ксаверівка 2. Географічні координати центра полігону: 50,028 п ш., 30,177 с. д.). Перший етап відбувся 24.05.2011; другий етап — 23–24.06.2011; третій — 13–14.07.2011. АФЗ дала змогу швидко й оперативно, а головне — репрезентативно встановити ступінь дозрівання сільськогосподарських культур та оцінити їх урожайність. Зйомка з ДПЛА є дешевою, якісною і швидкою альтернативою космічній зйомці на території будь-якого господарства.
Зйомку проводили за методикою оцінки врожайності сільськогосподарських культур (на прикладі ярих зернових), щоб оцінити можливість її застосування до широкого кола сільськогосподарських культур.
Розроблена методика має кілька етапів.
1. Уточнюють межі території, на якій проводитимуть зйомку, за допомогою мережі Інтернет або топографічних карт масштабом 1:100 000 чи нижче.
2. Готують комплекс ДПЛА та виїжджають на місце зйомки.
3. Безпосередньо знімають територію залежно від погодних і часових умов (встановлено, що найліпший час зйомки: 8:30–11:00 та 16:00–17:00 за сонячної погоди без вітру).
4. Обробляють фотоматеріал і передають його разом з аналітичною запискою замовникові.
Зйомка та оброблення тривають до 30 хвилин за один політ. За час зйомки комплекс ДПЛА не зазнав жодної поломки або аварії.
Найбільший науковий інтерес становлять послідовність оброблення аерофотознімків, яку проводили за допомогою програмного комплексу Erdas Image 9.1, й отримані результати.
Перш ніж обробляти знімки, їх потрібно привести (перетворити) до того електронного формату, що найзручніший під час аналізу (як правило, *.BMP). Послідовність завантаження знімка й оброблення показано на рис. 1.
Рис. 1. Функціональні меню спектрального оброблення знімка (ліворуч — вибір методу оброблення знімка (Spatial Enhancement), у центрі — тип оброблення (Automatic Rel. Reflectance), праворуч — меню завантаження знімка, шлях запису обробленого знімка
Усі АФЗ, що отримали за допомогою ДПЛА, обробили так само. Після оброблення кожен знімок аналізували, щоб виявити ступінь дозрівання ярих сортів пшениці.
Встановили, що зелений колір (колонка Б на рис. 1, 2, 3 праворуч) є індикативним кольором вмісту азоту. Поступова зміна кольору із зеленого на помаранчевий, а потім на червоний сигналізує про дозрівання пшениці.
Рис. 2. Індикативні знімки першого етапу АФЗ (а – до оброблення, б — після (на наступних знімках так само)).
Дата зйомки: 24.05.2011
АФЗ першого етапу найважливіша з точки зору оперативного втручання для досівання культури у разі низької схожості рослин. Аналіз знімка дає змогу встановити сорти пшениці, що більш пристосовані до цих кліматичних умов. Найбільшу строкатість демонструє оброблений знімок другого етапу АФЗ (рис. 3). Фактично він характеризує ступінь дозрівання кожного сорту під впливом усього комплексу факторів-інгібіторів (шкідників, комах, бур’янів, нестачі вологи тощо). На рис. 3 чітко відокремлюються від решти сортів лише декілька із тривалішим періодом вегетації. Це дає підстави дійти проміжного висновку: надалі вдаватися до третього етапу АФЗ слід лише у разі форс-мажорних обставин, які заподіяли шкоди посівам.
Рис. 3. Індикативні знімки другого етапу АФЗ. Дата зйомки: 24.06.2011
Нижче на рис. 5 бачимо всі сорти м’якої пшениці разом із назвами, що їх висадили як модельні досліди. Під час візуального аналізу знімка видно, що декілька сортів пшениці (рис. 5 № 8–13) мають триваліший період вегетації. Про це сигналізує зелений колір, що може слугувати репрезентативною ознакою достовірної оцінки врожайності й за оперативного моніторингу дистанційними методами.
Рис. 4. Індикативні знімки третього етапу АФЗ. Дата зйомки: 14.07.2011
Додаткову важливу інформацію про стан сільськогосподарських рослин надають спектральні графіки, побудовані уздовж кожного досліду й за етапами протягом вегетаційного періоду рослин. Проаналізувавши графік, виявляємо відхилення від оптимуму: наявність шкідників, бур’янів, мозаїчність території дозрівання рослин, наявність вологи, вплив на рослину мікроклімату поля.
Рис. 5. Сорти м’якої пшениці на знімку третього етапу
Наведемо спектрограми для одного сорту м’якої пшениці (Царівна) протягом вегетаційного періоду за етапами АФЗ. Під час аналізу в моделі RGB застосовували канал G для усіх спектрограм, що їх будували за допомогою допоміжних засобів аналізу знімків. Кожен графік відображає залежність яскравості поверхні від розміру вздовж досліду.
Рис. 6. Спектрограми сорту пшениці «Царівна» протягом вегетаційного періоду (а, б, в)
Початок і кінець графіка А нижче за 150 мкм характеризує технологічну смугу обробітку, його подано для порівняння. Загальна частина графіка коливається між 150–180 мкм. На наш погляд, це свідчить про різну висоту кожної окремої рослини цього сорту. Також на графіку на відстані 150 м бачимо прогин, який свідчить про відсутність рослин на досліді та на цій відстані.
На графіку б коливання ще менші (у межах 150–165 мкм). Це свідчить про дозрівання загального масиву пшениці. Піки та западини на цьому графіку — це вплив бур’янів та шкідників і комах на загальний стан яскравості поверхні пшениці. Графік б — загальний рівень яскравості 120 мкм (пшениця у стадії колосіння), на відстані 150 м — пік яскравості поверхні окремих рослин пшениці, що їх досіяли.
Висновки
1. Отримані факти строкатості дозрівання пшениці за другим і третім етапами зі значною часткою репрезентативності дають змогу визначити стан дозрівання кожного сорту пшениці, але через час проведення зйомки вже не можна прийняти відповідне оперативне рішення про досівання культури у відповідному місці на полі.
2. У межах проведеного дослідження можна стверджувати про виявлення індикативних властивостей видимої частини спектра для сільськогосподарських рослин (м’якої пшениці), завдяки яким можна виявити ступінь їх дозрівання. Надалі планується розширити коло сортів, що їх досліджуватимуть, для подальшого накопичення спектральних даних.
3. За допомогою спектральних графіків можна аналізувати стан рослин на підставі яскравості пікселів на знімку. Більш глибокий аналіз та інтерпретація таких спектрограм є пріоритетом на найближчий час.
Максим СОЛОХА, ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О. Н. Соколовського»
