Bezpilotní letouny (UAV) mohou nést řadu senzorů dálkového průzkumu Země, které dokáží získávat vícerozměrné, vysoce přesné informace o zemědělské půdě a provádět dynamické monitorování různých typů informací o zemědělské půdě. Mezi tyto informace patří zejména informace o prostorovém rozložení plodin (lokalizace zemědělské půdy, identifikace druhů plodin, odhad plochy a dynamické monitorování změn, extrakce polní infrastruktury), informace o růstu plodin (fenotypové parametry plodin, nutriční ukazatele, výnos) a dynamika stresových faktorů růstu plodin (polní vlhkost, škůdci a choroby).
Prostorové informace o zemědělské půdě
Informace o prostorové poloze zemědělské půdy zahrnují zeměpisné souřadnice polí a klasifikace plodin získané vizuálním rozlišováním nebo strojovým rozpoznáváním. Hranice polí lze identifikovat pomocí zeměpisných souřadnic a lze také odhadnout plochu osevů. Tradiční metoda digitalizace topografických map jako základní mapy pro regionální plánování a odhad plochy má nízkou aktuálnost a rozdíl mezi polohou hranic a skutečnou situací je obrovský a postrádá intuici, což nevede k implementaci přesného zemědělství. Dálkový průzkum Země pomocí UAV může získat komplexní informace o prostorové poloze zemědělské půdy v reálném čase, což má nesrovnatelné výhody tradičních metod. Letecké snímky z digitálních kamer s vysokým rozlišením umožňují identifikaci a určení základních prostorových informací o zemědělské půdě a vývoj technologie prostorové konfigurace zlepšuje přesnost a hloubku výzkumu informací o poloze zemědělské půdy a zlepšuje prostorové rozlišení a zároveň zavádí informace o výšce, což umožňuje jemnější monitorování prostorových informací o zemědělské půdě.
Informace o růstu plodin
Růst plodin lze charakterizovat informacemi o fenotypových parametrech, nutričních ukazatelích a výnosu. Mezi fenotypové parametry patří vegetační pokryv, index listové plochy, biomasa, výška rostlin atd. Tyto parametry spolu souvisejí a společně charakterizují růst plodin. Tyto parametry spolu souvisejí a společně charakterizují růst plodin a přímo souvisejí s konečným výnosem. Jsou dominantní ve výzkumu monitorování zemědělských informací a bylo provedeno více studií.
1) Fenotypové parametry plodiny
Index listové plochy (LAI) je součet plochy zelených listů na jednotku povrchu, který dokáže lépe charakterizovat absorpci a využití světelné energie plodinou a úzce souvisí s akumulací materiálu plodinou a konečným výnosem. Index listové plochy je jedním z hlavních parametrů růstu plodin, které jsou v současnosti monitorovány pomocí dálkového průzkumu Země pomocí bezpilotních letounů (UAV). Výpočet vegetačních indexů (poměrový vegetační index, normalizovaný vegetační index, vegetační index půdních úprav, diferenční vegetační index atd.) s multispektrálními daty a vytvoření regresních modelů s daty z terénu je vyspělejší metodou pro inverzi fenotypových parametrů.
Nadzemní biomasa v pozdní fázi růstu plodin úzce souvisí s výnosem i kvalitou. V současné době odhad biomasy pomocí bezpilotních dronů v zemědělství stále převážně využívá multispektrální data, extrahuje spektrální parametry a vypočítává vegetační index pro modelování; technologie prostorové konfigurace má při odhadu biomasy určité výhody.
2) Ukazatele výživy plodin
Tradiční monitorování nutričního stavu plodin vyžaduje odběr vzorků z pole a chemickou analýzu v interiéru pro diagnostiku obsahu živin nebo indikátorů (chlorofyl, dusík atd.), zatímco dálkový průzkum Země pomocí UAV je založen na skutečnosti, že různé látky mají specifické spektrální charakteristiky odrazivosti a absorpce pro diagnostiku. Chlorofyl je monitorován na základě skutečnosti, že má dvě silné absorpční oblasti ve viditelném pásmu světla, a to červenou část 640-663 nm a modrofialovou část 430-460 nm, zatímco při 550 nm je absorpce slabá. Charakteristiky barvy a textury listů se mění, když jsou plodiny nedostatkové, a klíčem k monitorování živin je objevování statistických charakteristik barvy a textury odpovídajících různým nedostatkům a souvisejícím vlastnostem. Podobně jako u monitorování růstových parametrů je výběr charakteristických pásem, vegetačních indexů a predikčních modelů stále hlavním obsahem studie.
3) Výnos plodiny
Zvyšování výnosů plodin je hlavním cílem zemědělských činností a přesný odhad výnosů je důležitý jak pro zemědělskou produkci, tak pro manažerská rozhodování. Řada výzkumníků se pokusila vytvořit modely odhadu výnosů s vyšší přesností predikce pomocí vícefaktorové analýzy.
Zemědělská vlhkost
Vlhkost zemědělské půdy se často monitoruje pomocí termálního infračerveného záření. V oblastech s vysokým vegetačním krytem snižuje uzavření listových průduchů ztrátu vody v důsledku transpirace, což snižuje tok latentního tepla na povrchu a zvyšuje tok citelného tepla na povrchu, což následně způsobuje zvýšení teploty v porostu, která je považována za teplotu rostlinného porostu. Protože index vodního stresu odráží energetickou bilanci plodiny, může kvantifikovat vztah mezi obsahem vody v plodině a teplotou porostu, může teplota porostu získaná termálním infračerveným senzorem odrážet stav vlhkosti zemědělské půdy. Holá půda nebo vegetační kryt v malých plochách může být použita k nepřímé inverzi půdní vlhkosti s teplotou podpovrchu, což je princip: čím větší je měrné teplo vody, tím pomalu se mění teplota tepla, takže prostorové rozložení teploty podpovrchu během dne se může nepřímo projevit v rozložení půdní vlhkosti. Prostorové rozložení denní teploty podpovrchu proto může nepřímo odrážet rozložení půdní vlhkosti. Při monitorování teploty porostu je holá půda důležitým interferenčním faktorem. Někteří výzkumníci zkoumali vztah mezi teplotou holé půdy a pokryvem plodin, objasnili rozdíl mezi měřením teploty v korunách stromů způsobeným holou půdou a skutečnou hodnotou a použili korigované výsledky při monitorování vlhkosti zemědělské půdy ke zlepšení přesnosti výsledků monitorování. V samotném řízení zemědělské produkce je také středem pozornosti únik vlhkosti z polí. Byly provedeny studie využívající infračervené kamery k monitorování úniku vlhkosti ze zavlažovacích kanálů, přičemž přesnost může dosáhnout 93 %.
Škůdci a choroby
Monitorování odrazivosti spektrálního záření v blízké infračervené oblasti u rostlinných škůdců a chorob je založeno na: odrazu záření houbovitou tkání listů a kontrolní tkáně plotu v blízké infračervené oblasti. Zdravé rostliny mají tyto dvě mezery v tkáni vyplněné vlhkostí a rozpínají se a dobře odrážejí různé druhy záření. Pokud je rostlina poškozena, list je poškozen, tkáň vadne, voda se snižuje a odraz infračerveného záření se snižuje, dokud se neztratí.
Termální infračervené monitorování teploty je také důležitým ukazatelem škůdců a chorob plodin. Rostliny ve zdravých podmínkách, zejména prostřednictvím regulace otevírání a zavírání průduchů listů a transpirace, udržují stabilitu své vlastní teploty; v případě onemocnění dochází k patologickým změnám, interakce patogen-hostitel v rámci patogenu na rostlině, zejména na transpirační aspekty, určí nárůst a pokles teploty v napadené části. Obecně platí, že rostlinné snímání vede k deregulaci otevírání průduchů, a proto je transpirace v napadené oblasti vyšší než ve zdravé oblasti. Intenzivní transpirace vede ke snížení teploty v napadené oblasti a k vyššímu teplotnímu rozdílu na povrchu listu než v normálním listu, dokud se na povrchu listu neobjeví nekrotické skvrny. Buňky v nekrotické oblasti jsou zcela odumřelé, transpirace v této části je zcela ztracena a teplota začíná stoupat, ale protože zbytek listu začíná být infikován, teplotní rozdíl na povrchu listu je vždy vyšší než u zdravé rostliny.
Další informace
V oblasti monitorování zemědělské půdy mají data dálkového průzkumu Země z bezpilotních letounů (UAV) širší škálu uplatnění. Lze je například použít k extrakci spadané oblasti kukuřice pomocí více texturních prvků, k odrazu úrovně zralosti listů během fáze zralosti bavlny pomocí indexu NDVI a k generování map předpisu pro aplikaci kyseliny abscisové, které mohou efektivně řídit postřik kyselinou abscisovou na bavlnu, aby se zabránilo nadměrné aplikaci pesticidů atd. V souladu s potřebami monitorování a hospodaření na zemědělské půdě je nevyhnutelným trendem pro budoucí rozvoj informatizovaného a digitalizovaného zemědělství neustále zkoumat informace z dat dálkového průzkumu Země z bezpilotních letounů a rozšiřovat oblasti jejich použití.
Čas zveřejnění: 24. prosince 2024