Оценка неоднородности сельскохозяйственных полей на основе данных spot-4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка неоднородности сельскохозяйственных полей на основе данных spot-4

Алипбеки О.А., Мурзакулов Г.Т., Алипбекова Ч.А., Максут Ж.

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, необходимо 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-исследовательского института картофелеводства и овощеводства» (НИИКО), АО «Казагроинновция» (КАИ), Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан (МСХ РК).

Для достижения поставленной цели нами были решены следующие задачи: земледелие космический изображение поле

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 параллельные исследования велись и на северных зерносеющих регионах республики. География этих исследований показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема расположения тестовых полей на территории Казахстана

Выбор тестовых полей был произведен под руководством специалистов АО «Национальная компания «?аза?стан ?арыш Сапары» (АО «НК «??С»), Национального космического 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 репрезентативный 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).

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

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.

Рисунок 4 - 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

Размещено на Allbest.ru