Вегетация под контролем: спутниковый мониторинг полей

Ежедневные спутниковые снимки — основной источник информации о ходе вегетации полевых культур. Спутниковый мониторинг своевременно выявляет аномалии в росте и развитии растений, помогает определить их причины и принять оперативные решения по их устранению.

Мониторинг полей традиционными методами трудоемкий и долгий. Агроном должен систематически выезжать и осматривать посевы культур, но всегда ли на это достаточно времени? Если в начале вегетации культур можно пройти вглубь поля, то в середине вегетации это уже проблематично. При повреждении вредителями или появлении заболевания на участках в глубине поля есть риск найти проблему тогда, когда время для ее устранения уже упущено. Традиционное обследование полей позволяет получить лишь усредненную картину поля. Оно не позволяет проводить точечные обследования поля там, где они действительно необходимы, уделить внимание отдельным зонам, участкам с даже незначительными отличиями, пока они не вылились в ту проблему, которая видна невооруженным взглядом.  

Сегодня работа в удаленном режиме стала объективно необходимой нормой для множества отраслей. Сельское хозяйство не остается в стороне и активно перенимает опыт удаленного контроля посевов. Сегодня существуют различные способы мониторинга полей, и один из самых распространённых — спутниковый мониторинг.

Спутниковый мониторинг

Суть спутникового мониторинга — анализ состояния культур на основании снимков со спутника. Наибольшей популярностью среди аграриев пользуется NDVI индекс — «Нормализованный относительный индекс растительности» — показатель количества фотосинтетически активной биомассы на поле. Для растительности индекс может принимать значения от 0,2 до 0,95. Чем выше значение NDVI — тем лучше развита биомасса. 

Главные инструменты для агрария — карты вегетации, рассчитанные на основании NDVI индекса. Это один из элементов для получения информации о статусе развития культуры в поле. 

За последние 20 лет на орбиту Земли было выведено большое количество спутников. Они различаются по многим параметрам.

Главными характеристиками, о которых нужно знать сельхозпроизводителю при выборе сервисов спутникового мониторинга, являются:

• пространственное разрешение;
• периодичность съемки.

Значительное преимущество спутникового мониторинга — возможность получения архивных снимков. Если интересующий участок находится в «поле зрения» спутника, можно получить его архивные снимки за последние несколько лет. Такой анализ позволит сравнить в динамике наиболее и наименее продуктивные поля, развитие вегетации, наличие проблемных зон. Если на одном и том же участке поля проблема повторяется из года в год, аграриям будет проще установить причину и принять меры по ее устранению.

Плюсы спутниковой съемки:

• расчет вегетационных индексов и формирование графиков вегетации культур;
• автоматическая обработка данных, исключающая субъективное вмешательство;
• анализ как отдельных полей, так и массивов;
• возможность получения архивных снимков.

Спутниковая съемка также имеет ряд преимуществ перед дронами:

• стабильное частое предоставление снимков. Большое количество спутников на орбите обеспечивает бесперебойную спутниковую съемку с высокой частотой, в отличие от съемки дроном, которая требует выезда на поле;
• автоматический сбор и обработка данных исключают субъективное вмешательство;
• снимки со спутника уже интегрированы в платформу обработки данных в удобном для анализа формате, в то время как информацию с дрона пользователь должен сам интегрировать в программные решения;
• масштабируемость съемки на любое количество полей: нужно лишь задать их координаты, в то время как суточный охват территории дроном ограничен;
• нет необходимости в покупке дрона и его обслуживании. 

Вернемся к двум важнейшим параметрам спутниковой съемки, которые необходимо учитывать при выборе сервиса мониторинга:

Разрешение снимка со спутника

Вряд ли у вас получится точно отслеживать вегетацию культур при пространственном разрешении снимка 250 м на пиксель, но это легко сделать при более высоком разрешении — 3 м. Большинство доступных пользователю интернет-ресурсов предоставляют бесплатные спутниковые снимки с разрешением от 30 до 1000 м на пиксель. При использовании спутниковых снимков низкого разрешения трудно увидеть какие-либо отличия в развитии культур, соответственно возможности полезного применения таких снимков ограничены. Кроме того, аграриям будет крайне сложно самостоятельно «использовать» спутниковые снимки, для удобного просмотра и анализа они должны быть интегрированы в программные решения. 

Второй важный показатель при выборе спутникового мониторинга — периодичность съемки. Она может варьироваться от 1 до 15 дней. Использование снимков с периодичностью раз в 10 или 14 дней означает потерю контроля над ситуацией на поле, ведь весной события в поле развиваются быстро, и за это время на поле могут произойти значительные изменения. 

При формировании своих сервисов компания Farmers Edge™ учитывала данные спутниковой съемки, чтобы аграрии извлекали из снимков максимум полезной информации. Farmers Edge сотрудничает с лидерами в области спутниковой съемки, поэтому предоставляет своим клиентам ежедневные спутниковые снимки с высоким разрешением 3 м на пиксель. На основе этих данных производитель может точно и оперативно оценить обстановку на поле и принять своевременные решения в случае обнаружения проблемы. 

Используя спутниковые снимки, Farmers Edge предлагает такие инструменты мониторинга, как:

• карты вегетации;
• карты скаутинга;
• карты полевой неоднородности;
• графики вегетации;
• автоматические уведомления об изменении вегетации культуры.

Впрочем, обо всем по порядку. 

Карты вегетации. Многие компании предлагают карты вегетации в качестве инструмента мониторинга посевов. Однако не все из них одинаково «полезны». Разберемся подробнее, что важно для точной диагностики состояния посевов по картам NDVI.

И здесь мы снова возвращаемся к вопросу важности разрешения снимка. Чем больше разрешение снимка, тем точнее он отображает информацию по каждому участку поля, тем более достоверны эти данные. Разберем на конкретном примере.

Перед вами на рис. 1 и 2 карты NDVI одного и того же поля на одну и ту же дату, но с разным разрешением снимка, на рис. 1 — 3 метра на пиксель, на рис. 2 — 30 м на пиксель. Невооруженным взглядом видно, что на карте справа не видно расположение проблемных зон, отмеченных красным. Далее рассмотрим показатели NDVI по каждому снимку.

На снимке с разрешением 30 м некорректно подсчитано значение NDVI, значение показателя завышено (рис. 4). Это ведет к неверному определению и моделированию стадий развития культуры и некорректному прогнозу урожайности. Использование ежедневных снимков с высоким разрешением (3 м) позволит избежать этих проблем, так как в вашем распоряжении всегда точные данные.

Еще одна полезная функция в платформе FarmCommand от Farmers Edge — график вегетации (рис. 5), который наглядно показывает направление развития вегетации конкретного поля и сравнивает его с развитием других полей на ту же самую дату:

Карты скаутинга. Для определения изменений в пределах поля карта скаутинга показывает вариацию индекса вегетации по сравнению со средним значением по всему полю. Изменения на снимке отображаются контрастными цветами, карты скаутинга легкие и понятные в ежедневной работе. 

Карты неоднородности — уникальная разработка Farmers Edge, эксклюзивно в цифровой платформе FarmCommand™. По сравнению с традиционными методами мониторинга состояния поля, основанном на анализе индекса NDVI, карты неоднородности позволяют увидеть изменения состояния поля на более ранних этапах. При формировании этих карт исследуется большее количество спектров и используются запатентованные алгоритмы обработки информации со спутниковых снимков.

На рис. 6 и 7 отчетливо видна разница между картами вегетации и полевой неоднородности на одну и ту же дату. Развитие культуры на поле еще не значительно. На карте вегетации слева  отображено практически сплошным красным цветом без возможности идентифицировать какие-либо изменения. На карте неоднородности справа уже хорошо видны различия. Причины, вызвавшие изменения, могут быть различны (неравномерные всходы, наличие сорной растительности, повреждение вредителями и т.д.), но сельхозпроизводитель уже предупрежден и  понимает, на какие конкретные поля и их участки ему нужно обратить пристальное внимание. Если же ждать, когда изменения отразятся на карте вегетации, драгоценное время уже будет упущено. Ранняя идентификация проблем и их устранение позволит сохранить потенциал поля, а также сэкономить время и деньги. 

Инструмент автоматической идентификации изменения вегетации разработан Farmers Edge, чтобы быстрее находить проблемные участки в поле и реагировать на них, не тратя время на просмотр многочисленных снимков и их сравнение между собой. Запатентованные алгоритмы автоматически сравнивают снимки, определяют любые произошедшие на них изменения и отправляют уведомления производителю в виде списка полей с обнаруженными изменениями, их характер (позитивные или негативные) и площадь. Производители могут настраивать параметры уведомлений и добавлять пользователей в качестве их получателей, что ускорит обмен важной информацией между участниками агрономической службы.

Сейчас, в период активной вегетации, очень важно контролировать развитие посевов, чтобы сохранить максимум урожая, в который вложен труд, затраты времени и денег. В течение периода вегетации спутниковый мониторинг поможет распознать такие аномалии, как: появление на поле сорной растительности, болезней или вредителей. Инструмент автоматической идентификации изменений вегетации культур поможет не пропустить ни одно значительное изменение в поле.

Использование цифровых технологий в сельском хозяйстве становится все более привычным и распространенным, принося аграриям бесценную пользу. Подобрать наилучшее решение, которое оптимально подходит для потребностей вашего агропроизводства, помогут специалисты Farmers Edge.

Материал подготовлен на основании информации, предоставленной пресс-службой компании Farmers Edge.