Bezzałogowe statki powietrzne (UAV) mogą być wyposażone w różnorodne czujniki teledetekcyjne, które umożliwiają pozyskiwanie wielowymiarowych, precyzyjnych informacji o gruntach rolnych oraz dynamiczny monitoring wielu rodzajów danych o gruntach rolnych. Informacje te obejmują głównie informacje o przestrzennym rozmieszczeniu upraw (lokalizacja gruntów rolnych, identyfikacja gatunków upraw, szacowanie powierzchni i dynamiczny monitoring zmian, pozyskiwanie danych z infrastruktury polowej), informacje o wzroście upraw (parametry fenotypowe upraw, wskaźniki odżywcze, plony) oraz dynamikę czynników stresowych wzrostu upraw (wilgotność pola, szkodniki i choroby).
Informacje przestrzenne dotyczące gruntów rolnych
Informacje o położeniu przestrzennym gruntów rolnych obejmują współrzędne geograficzne pól i klasyfikacje upraw uzyskane za pomocą dyskryminacji wizualnej lub rozpoznawania maszynowego. Granice pól można zidentyfikować za pomocą współrzędnych geograficznych, a obszar zasiewu można również oszacować. Tradycyjna metoda digitalizacji map topograficznych, stanowiąca podstawę planowania regionalnego i szacowania powierzchni, charakteryzuje się niską aktualnością, a różnica między położeniem granic a stanem rzeczywistym jest ogromna i nie jest intuicyjna, co nie sprzyja wdrażaniu rolnictwa precyzyjnego. Teledetekcja za pomocą bezzałogowych statków powietrznych (UAV) pozwala na uzyskanie kompleksowych informacji o położeniu przestrzennym gruntów rolnych w czasie rzeczywistym, co ma niezrównane zalety tradycyjnych metod. Zdjęcia lotnicze z cyfrowych kamer wysokiej rozdzielczości umożliwiają identyfikację i określenie podstawowych informacji przestrzennych o gruntach rolnych, a rozwój technologii konfiguracji przestrzennej zwiększa precyzję i szczegółowość badań nad informacjami o położeniu gruntów rolnych oraz poprawia rozdzielczość przestrzenną, wprowadzając jednocześnie informacje o wysokości, co pozwala na dokładniejsze monitorowanie informacji przestrzennych o gruntach rolnych.
Informacje o wzroście upraw
Wzrost upraw można scharakteryzować na podstawie informacji o parametrach fenotypowych, wskaźnikach odżywczych i plonie. Parametry fenotypowe obejmują pokrycie roślinnością, wskaźnik powierzchni liści, biomasę, wysokość roślin itp. Parametry te są ze sobą powiązane i łącznie charakteryzują wzrost upraw. Parametry te są ze sobą powiązane i łącznie charakteryzują wzrost upraw i są bezpośrednio związane z plonem końcowym. Dominują one w badaniach monitoringu informacji rolniczych i przeprowadzono wiele badań na ten temat.
1) Parametry fenotypowe upraw
Wskaźnik powierzchni liści (LAI) to suma jednostronnej powierzchni zielonych liści na jednostkę powierzchni, która pozwala lepiej scharakteryzować absorpcję i wykorzystanie energii świetlnej przez uprawę i jest ściśle powiązana z akumulacją materiału roślinnego i plonem końcowym. Wskaźnik powierzchni liści jest jednym z głównych parametrów wzrostu upraw monitorowanych obecnie za pomocą teledetekcji bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Obliczanie wskaźników roślinności (wskaźnik roślinności ilorazowej, znormalizowany wskaźnik roślinności, wskaźnik roślinności kondycjonującej glebę, różnicowy wskaźnik roślinności itp.) z wykorzystaniem danych multispektralnych oraz tworzenie modeli regresji z wykorzystaniem danych rzeczywistych jest bardziej dojrzałą metodą inwersji parametrów fenotypowych.
Biomasa nadziemna w późnej fazie wzrostu upraw jest ściśle związana zarówno z plonem, jak i jego jakością. Obecnie szacowanie biomasy za pomocą teledetekcji bezzałogowych statków powietrznych (UAV) w rolnictwie nadal wykorzystuje głównie dane multispektralne, ekstrakcję parametrów spektralnych i obliczanie wskaźnika wegetacji na potrzeby modelowania; technologia konfiguracji przestrzennej ma pewne zalety w szacowaniu biomasy.
2) Wskaźniki odżywiania upraw
Tradycyjny monitoring stanu odżywienia upraw wymaga pobierania próbek z pól i analizy chemicznej w pomieszczeniach w celu diagnozy zawartości składników odżywczych lub wskaźników (chlorofilu, azotu itp.), podczas gdy teledetekcja za pomocą bezzałogowych statków powietrznych (UAV) opiera się na fakcie, że różne substancje mają specyficzne charakterystyki odbicia i absorpcji widmowej, co jest istotne dla diagnozy. Chlorofil jest monitorowany w oparciu o fakt, że ma dwa silne obszary absorpcji w paśmie światła widzialnego, a mianowicie czerwoną część 640–663 nm i niebiesko-fioletową część 430–460 nm, podczas gdy absorpcja jest słaba przy 550 nm. Kolor i tekstura liści zmieniają się, gdy uprawy są niedoborowe, a odkrycie statystycznych cech koloru i tekstury odpowiadających różnym niedoborom i powiązanym właściwościom jest kluczem do monitorowania składników odżywczych. Podobnie jak w przypadku monitorowania parametrów wzrostu, wybór charakterystycznych pasm, wskaźników wegetacji i modeli predykcyjnych nadal stanowi główny cel badania.
3) Plon upraw
Zwiększenie plonów jest głównym celem działalności rolniczej, a dokładna ocena plonów jest ważna zarówno dla działów produkcji rolnej, jak i działów decyzyjnych w zarządzaniu. Wielu badaczy próbowało opracować modele szacowania plonów o wyższej dokładności prognozowania poprzez analizę wieloczynnikową.
Wilgotność rolnicza
Wilgotność gruntów rolnych jest często monitorowana metodami termicznymi w podczerwieni. Na obszarach o dużej pokrywie roślinnej, zamknięcie aparatów szparkowych liści zmniejsza utratę wody w wyniku transpiracji, co zmniejsza przepływ ciepła utajonego na powierzchni i zwiększa przepływ ciepła jawnego na powierzchni, co z kolei powoduje wzrost temperatury korony, którą uważa się za temperaturę korony rośliny. Ponieważ wskaźnik stresu wodnego odzwierciedla bilans energetyczny upraw, może on określić ilościowo zależność między zawartością wody w uprawie a temperaturą korony, a zatem temperatura korony uzyskana przez czujnik termiczny w podczerwieni może odzwierciedlać stan wilgotności gruntów rolnych; odsłonięta gleba lub pokrywa roślinna na małych obszarach może pośrednio odwrócić zależność wilgotności gleby od temperatury podpowierzchniowej, zgodnie z zasadą: ciepło właściwe wody jest duże, a temperatura ciepła zmienia się powoli, więc przestrzenny rozkład temperatury podpowierzchniowej w ciągu dnia może pośrednio odzwierciedlać rozkład wilgotności gleby. Zatem przestrzenny rozkład dziennej temperatury podpowierzchniowej może pośrednio odzwierciedlać rozkład wilgotności gleby. W monitorowaniu temperatury korony roślin, odsłonięta gleba stanowi istotny czynnik zakłócający. Niektórzy badacze badali zależność między temperaturą odsłoniętej gleby a pokrywą glebową upraw, wyjaśniając rozbieżności między pomiarami temperatury korony roślin spowodowanymi odsłoniętą glebą a wartością rzeczywistą, a następnie wykorzystali skorygowane wyniki w monitorowaniu wilgotności gruntów rolnych, aby poprawić dokładność wyników. W rzeczywistym zarządzaniu produkcją rolną, wycieki wilgoci z pól są również przedmiotem zainteresowania. Przeprowadzono badania z wykorzystaniem kamer termowizyjnych do monitorowania wycieków wilgoci z kanałów irygacyjnych, których dokładność sięga 93%.
Szkodniki i choroby
Zastosowanie monitoringu odbicia widmowego w bliskiej podczerwieni w celu wykrywania szkodników i chorób roślin, opartego na: liściach w obszarze bliskiej podczerwieni odbicia przez tkankę gąbczastą i tkankę płotu, kontrola zdrowych roślin, te dwie szczeliny w tkance wypełnione wilgocią i rozszerzające się, są dobrymi odbłyśnikami różnego promieniowania; gdy roślina jest uszkodzona, liść jest uszkodzony, tkanka więdnie, woda ulega zmniejszeniu, odbicie w podczerwieni zmniejsza się aż do zaniku.
Monitorowanie temperatury w podczerwieni jest również ważnym wskaźnikiem szkodników i chorób roślin uprawnych. Rośliny w zdrowych warunkach, głównie poprzez kontrolę otwierania i zamykania aparatów szparkowych liści, regulują transpirację, aby utrzymać stabilną temperaturę. W przypadku choroby, wystąpią zmiany patologiczne, interakcje patogen-żywiciel na roślinie, zwłaszcza w aspektach związanych z transpiracją, będą determinować wzrost i spadek temperatury w zainfekowanej części rośliny. Ogólnie rzecz biorąc, deregulacja temperatury roślin prowadzi do deregulacji otwierania aparatów szparkowych, a zatem transpiracja jest wyższa w zainfekowanym obszarze niż w zdrowym. Intensywna transpiracja prowadzi do spadku temperatury w zainfekowanym obszarze i większej różnicy temperatur na powierzchni liścia niż w zdrowym liściu, aż do pojawienia się na powierzchni liścia nekrotycznych plam. Komórki w obszarze nekrotycznym obumierają, transpiracja w tej części zostaje całkowicie utracona, a temperatura zaczyna rosnąć, ale ponieważ reszta liścia zaczyna być zainfekowana, różnica temperatur na powierzchni liścia jest zawsze wyższa niż w zdrowej roślinie.
Inne informacje
W dziedzinie monitorowania gruntów rolnych, dane teledetekcyjne z bezzałogowych statków powietrznych (UAV) mają szerszy zakres zastosowań. Na przykład, mogą być wykorzystywane do wyodrębniania opadłych kukurydzy z wykorzystaniem wielu cech tekstury, odzwierciedlania stopnia dojrzałości liści w fazie dojrzewania bawełny za pomocą wskaźnika NDVI, a także generowania map planowania oprysków kwasem abscysynowym, które mogą skutecznie ukierunkować opryskiwanie bawełny kwasem abscysynowym, aby uniknąć nadmiernego stosowania pestycydów. Zgodnie z potrzebami monitorowania i zarządzania gruntami rolnymi, nieuniknionym trendem w przyszłym rozwoju zinformatyzowanego i zdigitalizowanego rolnictwa jest ciągłe badanie informacji zawartych w danych teledetekcyjnych z bezzałogowych statków powietrznych (UAV) i rozszerzanie obszarów ich zastosowań.
Czas publikacji: 24-12-2024