Оценка неоднородности сельскохозяйственных полей на основе данных spot-4

В Казахстане идут подготовительные работы для развертывания системы точного земледелия в агропромышленном комплексе страны, в основе которой лежат представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля [1]. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используются новейшие космические технологии в сочетании с наземными традиционными исследованиями. Однако внедрение в деятельность любого субъекта агробизнеса всей системы точного земледелия представляется крайне сложным из-за многочисленности её элементов. Использование каждого из элементов системы точного земледелия требует всестороннего научного обоснования, обучения специалистов и приобретения технических средств. Например, точное земледелие представляет собой конгломерат достижений агрономической науки, дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), приемов спутниковой навигации, цифровой электронной картографии и специализированных сельскохозяйственных машин и приборов. Поэтому, до массового развертывания системы точного земледелия, необхо- димо выполнить научно-исследовательские работы по оценке эффективности использования её отдельных элементов. Одним из этих важных элементов системы точного земледелия являются данные ДЗЗ, с помощью которых определяют неоднородность сельскохозяйственного поля.

Целью данной работы является оценка возможности применения космических изображений, полученных из французского космического аппарата дистанционного зондирования Земли Spot-4 для оценки неоднородности полей ТОО «Научно-исследова- тельского       института       картофелеводства       и       овощеводства»       (НИИКО),    АО «Казагроинновция»  (КАИ),  Министерства  сельского  хозяйства  Республики   Казахстан (МСХ РК).

Для достижения поставленной цели нами были решены следующие задачи:

  • выбор тестовых полей с наиболее распространенными видами культур;
  • проведение космически съемки тестового участка;
  • обработка полученных изображений и подготовка карты неоднородности полей;
  • проведение полевых дешифровочных исследований с целью интерпретации карт неоднородности полей, полученных на основе данных дистанционного зондирования Земли.

Для проведения исследований были использованы космические изображения, полученные в течение вегетационного периода 2011 года со спутника дистанционного зондирования Земли Spot-4, согласно технологии обработки PixAgri, выполняемой компанией Astrium GEO-Information Service (ASTRIUM GEO) [2]. В качестве главного показателя неоднородности полей был выбран индекс GLCV – вегетационный индекс, показывающий интенсивность роста растительности в данный момент его развития. Каждому пикселю присваивался абсолютное значение от 0 до 1. Для обработки космических снимков ASTRIUM GEO используется ПО OverlandTM, где входные данные определяются как функции объектов (тип растительности, условия съемки, и т.д.), после чего производиться автоматическая обработка под контролем оператора. Для представляемого проекта использовался модель «clear-sky condition». Общая площадь изучаемой  территории  21  га,  каждого  участка  около  5  га.  Продукт  предоставлен      с разрешением в 10 метров в проекции UTM и координатной системе WGS-84. Съемка выполнена спутником Spot-4 10 июля 2011 года. Анализ причин неоднородностей конкретных участков полей производились с участием специалистов НИИКО.

Следует отметить, что обсуждаемая работа является частью крупных исследований, выполненных на территорий всего Казахстана. Так, одновременно паралелльные исследования велись и на северных зерносеющих регионах республики. География этих исследований  показана на рисунке 1.

   Схема расположения тестовых полей на территории Казахстана

Рисунок 1 – Схема расположения тестовых полей на территории Казахстана 

Выбор тестовых полей был произведен под руководством специалистов АО «Нацио- нальная компания «Қазақстан Ғарыш Сапары» (АО «НК «ҚҒС»), Национального косми- ческого агентства Республики Казахстан при участии экспертов компании ASTRIUM GEO М.Tonon и D.Sayag и научных сотрудников НИИКО.

В тестовых участках НИИКО в 2011 году выращивались достаточно репрезентатив- ный набор культур и исследования производились на картофельном поле, на посевах озимой пшеницы и плодовом саду разного года посадки.

На рисунке 2 приведены, полученные нами из космоса сцена – ландшафт (а), изучаемый ключевой участок (б), а на рисунке 3 исторический KMZ файл крупного масштаба, совместимый с продуктом Google Earth, расположенный  на территории НИИКО (с. Кайнар, Карасайский район, Алматинская область).

 Часть сцены, полученный со спутника Spot-4 c ключевым участком (а) и ключевой участок из Google (исторический KMZ файл) на территории НИИКО (б)

Рисунок 2 – Часть сцены, полученный со спутника Spot-4 c ключевым участком (а) и ключевой участок из Google (исторический KMZ файл) на территории НИИКО (б)

 Результаты  обработки  данных  из  космического  аппарата  (КА)  ДЗЗ  всех    Spot-4 четырех полей ключевого участка НИИКО отражены на рисунке 3а. Поле В был занят озимой пшеницей, который находился в фазе восковой спелости. Это богарное поле, где полив растений не производится, и для роста и развития растений используется лишь ес- 

Цветовое (а) и цифровое (б) градуирование растительного покрова и значений GLCV ключевого участка

Рисунок 3 – Цветовое (а) и цифровое (б) градуирование растительного покрова и значений GLCV ключевого участка естественные осадки, выпадающие в осенне-весенне-летнее время. На поле А выращивался картофель по последним достижениям земледельческой науки с применением метода капельного орошения. Нижнее правое поле (Д) была отведена для плодовых деревьев, которые были посажены в разные годы. Участок С был сильно изменен из-за начавшегося после съемки интенсивных строительных работ. Поэтому в этой работе характеристики поля С более не будут обсуждаться.

Поскольку на поле В растительность находился в фазе полного созревания, трудно было определить какие либо внешние признаки (кроме влияния рельефа и сорной растительности), отвечающие за обнаруженные в результате фотограмметрической обработки цветовой градации. Это говорит о том, что космические съемки желательно проводить в период вегетации, а не после его завершения. Хотя, вполне допустимо, что показатели урожая, получаемые в ходе интерпретации космоснимка, также могут быть полезны для оценки поливалентных характеристик поля.

Крайне интересными оказались результаты полученные для полей А и Д (см. рисунок 3). На первый и традиционный взгляд однородность поля А, где выращивался картофель не вызывал сомнения. Но, при внимательном анализе электронной карты неоднородности поля было выявлено, что серединные эффекты (оттенки зеленого) обусловлены рельефом местности и распространением сорной растительности, а краевые отклонения в состоянии растительности (желтые и красные оттенки) являются агротехническими огрехами, один из которых виден на рисунке 4.

 Фотография картофельного поля А ключевого участка, где видны огрехи

Рисунок 5 – Фотография картофельного поля А ключевого участка, где видны огрехи

На поле Д, в результате обработки космического изображения были обнаружены три контрастных контура. Ими оказались яблони сорта Апорт разного возраста и не занятый культурной растительностью проем. В правой части поля (оттенки красного) размещены плодовые деревья седьмого года посадки, а в левой части – третьего года. Верхняя левая часть поля не была занята культурной растительностью (оттенки желтого). На этом месте проводились подготовительные работы к расширению яблоневого сада, а оттенки красного цвета, на крайней левой части поля, были идентифицированы как сорная полукустарниковая растительность.

Таким образом, данные дистанционного зондирования Земли полученные из космического аппарата Spot-4 позволили, объективно выявить неоднородности растительного покрова в трех, занятых разными сельскохозяйственными культурами полей, площадь которых в среднем составляет около пяти гектаров. Это убедительно доказывает применимость данных Spot-4 для введения системы точного земледелия на полях, где выращивают озимую пшеницу, картофель и яблоню.

 

Литература 

  1. Алипбеки О.А., Кененбаев С.Б. Состояние и перспективы внедрения системы точного земледелия за рубежом и в Казахстане // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана, 2012. - № - С. 3-9.
  2. pix-agri.com
Год: 2013
Город: Алматы
loading...