Дроны и спутники: мониторинг состояния посевов в течение сезона

Мониторинг состояния посевов – главный источник информации об их всхожести, а также о наличии сорняков, болезней и других проблем на поле. Мониторинг позволяет своевременно выявлять отклонения в росте и развитии растений, определять причины и принимать оперативные управленческие решения.

Мониторинг – трудоемкий процесс. Он требует много времени. Это касается и больших полей, и маленьких участков, разбросанных по территории нескольких сельских советов. 

В лучшем случае агроном должен выезжать на поле и осматривать посевы каждый день. По молодым всходам всегда можно пройтись вглубь поля. Но если посевы зрелые – особо не находишься. Растения могут доходить до двух метров в высоту и выше. Это существенно затрудняет анализ посевов. 

При обследовании «ногами» тяжело увидеть полную картину на всем поле. А отсутствие информации – это потенциальные убытки.

Сегодня существует много способов мониторинга посевов на протяжении сезона. Среди них – применение спутников и дронов, листовая диагностика, анализ проб почвы. 

В этом материале мы познакомим вас с использованием наиболее многофункциональных и доступных инструментов. Конкретно – с дронами и спутниками, применение которых вот уже несколько лет революционным образом меняет облик сельского хозяйства.

Какие результаты можно получить с помощью спутников и дронов?

спутник / дрон

Спутниковый мониторинг

Суть такого мониторинга – анализ состояния посевов на основании снимков со спутника. Пролетая над определенной территорией и делая снимки высокого разрешения, спутник фиксирует участки с нужными нам полями. 

Полученные снимки являются источником оперативной информации о посевах, а благодаря специальным спектральным камерам, можно рассчитать вегетационные индексы (NDVI, NDRI, RVI и т. д.). 

Наиболее популярным в растениеводстве считается NDVI индекс – «Нормализованный Относительный Индекс Растительности». Основываясь на данных об активности биомассы, индекс применяется при оценке состояния посевов в конкретный момент времени или в динамике.

Зеленые растения в процессе фотосинтеза поглощают основную часть видимого светового спектра и отражают волны ближнего инфракрасного. Таким образом рассчитывается NDVI индекс – разница значений красного и ближнего инфракрасного спектра, разделенная на их сумму. Характеризуя плотность растительности, NDVI указывает на те участки поля, которые нуждаются в пересеве, внесении СЗР и удобрений.

снимок Sentinel-2

Спутниковый снимок Sentinel-2. Массив полей хозяйства 

Что получает пользователь сервисов спутникового мониторинга на практике?

Главные продукты – карты состояния посевов, рассчитанные на основании NDVI индекса, а также карты продуктивности. Они – один из элементов для получения электронных карт-заданий и внедрения инструментов точного земледелия.

За последние 20 лет самих спутников для проведения съемки поверхности Земли было выведено на орбиту очень много. Они различаются по многим параметрам – начиная от периодичности прохождения над конкретной областью Земли, заканчивая возможным спектром съемки камеры и разрешением снимка.

Главными особенностями, о которых нужно знать пользователю, выбирающему спутник как инструмент для агромониторинга, являются:

  • пространственное разрешение;
  • периодичность съемки;
  • стоимость.

Сравнение спутников

Сравнение спутников дистанционного зондирования Земли, предоставляющих бесплатные снимки

Поскольку некоторые спутники были запущены как исследовательские, доступ к собранным ими данным сегодня может получить каждый. Бесплатные снимки предоставляют такие сервисы, как: НГС США, NASA, Европейское космическое агентство, Glovis, Digitalglobe, Land Viewer, Sentinels Scientific Data Hub.

Минусом бесплатных сервисов является низкое качество снимков и необходимость программной обработки. Нужно тратить время на загрузку данных и подготовку необходимых вам материалов.


Что касается платных сервисов – следите за нашими обновлениями, а еще лучше – подписывайтесь на наши новости. Мы готовим отдельный отчет о провайдерах спутниковых сервисов на рынке. Обзор выйдет у нас на сайте в ближайшее время.


Landsat 8 и Sentinel-2A

Разница в отображении данных, полученных со спутников Landsat 8 и Sentinel-2A

Огромным преимуществом использования спутниковых систем является их ретроспективность. Многие сервисы имеют собственную базу снимков, сделанных за все время их работы. Если нужный участок находится в «поле зрения» спутника, можно получить историю такого участка за последние несколько лет. Это важная информация о поле: севооборот, историческая динамика развития биомассы на определенных полях, наиболее и наименее продуктивные зоны. Если на одном и том же участке поля спектральные снимки демонстрируют проблемы год от года, агроному будет легче установить причину и принять меры.

Плюсы:

  • расчет вегетационных индексов, характеризующих состояние растительности;
  • автоматическая обработка данных, исключающая субъективное вмешательство;
  • анализ как отдельных полей, так и определенных с/х культур;
  • бесплатные данные;
  • возможность получения исторических снимков поля.

Минусы:

  • зависимость от облачности;
  • получение снимков возможно раз в 5-8 дней;
  • разрешение снимков хуже, чем у дронов.

Дроны на службе мониторинга

Применение дронов сильно упрощает сбор необходимой информации о состоянии посевов. В отличие от спутника, дроны более мобильный инструмент, с большей детализацией данных. За счёт того, что высота полета дрона обычно находится в рамках от 100 до 300 метров над поверхностью земли, возможно получить снимки с разрешением в сантиметрах на пиксель. Дроны позволяют собирать огромное количество информации в кратчайшие сроки. В среднем один экипаж способен за день обработать до 2 500 гектар.

Тут нужно упомянуть о том, что для целей сельского хозяйства применяются разные виды БПЛА: самолетного типа c фиксированным крылом, дроны-коптеры с 4, 6, 8 винтами. Главные отличия между БПЛА с фиксированным крылом и коптерами лежат в характеристиках дальности и стабильности полета, подъемном весе, способе запуска и посадки, цене и т. д.

Облет поля

Облет поля по составленному маршруту. Дрон делает фотографии с перекрытиями – позже такие снимки сшиваются в один детальный ортофотоплан

Исходя из целей использования, а также размера хозяйства, происходит выбор дрона перед покупкой. Сам же процесс проведения исследования посевов практически одинаковый. Как это происходит на практике?

исследования поля с помощью дрона

Схема проведения исследования поля с помощью дрона

Особенность дронов – возможность использования спектральных камер, которые позволяют получать фотографии в ближнем инфракрасном спектре. На основании таких снимков происходит расчет NDVI индексов. Обычные камеры также можно применять для этих целей после проведения некоторых модификаций или дополнительной обработки данных. 

Существуют также и облачные программные решения, как, например, DroneDeploy. Сервис позволяет самостоятельно производить обработку снимков с расчётом NDVI индекса. При этом не нужно скачивать и устанавливать специализированное программное обеспечение и проводить сложные вычисления – все происходит прямо в браузере пользователя.

интерфейс DroneDeploy

Программный интерфейс сервиса обработки данных от DroneDeploy

Можно отметить такие сильные и слабые стороны дронов, используемых в сельском хозяйстве:

Плюсы:

  • высокая мобильность и оперативность проведения съемки;
  • точность от 2 сантиметров;
  • возможность съемки в условиях облачности;
  • высокая производительность.

Минусы:

  • влияние погодных условий на качество проведения съемки;
  • наличие «no fly zone» возле аэропортов, военных и других режимных объектов;
  • стоимость покупки дрона.

Возможности применения мониторинга

Качественно проводить мониторинг с использованием спутников или применением дронов возможно, начиная с предпосевной подготовки почвы, и заканчивая сбором урожая.

Перед посевом главным образом анализируется состояние почвы. Основная информация мониторинга с помощью спутника или дронов на этом этапе – качество проведения предпосевной обработки почвы. Дроны также применяются для составления точной карты рельефа, где отмечаются все перепады высот, овраги и другие естественные объекты.

Облет перед посевом

Облет перед посевом. Обратите внимание на распределение влаги на поле

Когда с посевом закончено, происходит мониторинг всхожести. На этом этапе анализируется уровень потерь растений, определяется потребность в подсеве или пересеве. Спутниковый мониторинг и использование дронов позволяют выявлять проблемы наиболее оперативно. Главная информация, которую получает аграрий – карты густоты посевов и зоны неоднородности всходов. Таким образом происходит сравнение всех полей предприятия и подсчет общих потерь всходов.

Если говорить об озимых культурах, то их продуктивность во многом определяется характером роста и развития в весенний период вегетации, когда еще продолжается фаза кущения. Параллельно с этим анализируется потребность в подкормке и внесении удобрений. Главная цель – оптимизация внесения удобрений. Например, в случае с озимой пшеницей, проводить первую подкормку есть смысл на полях с хорошим и удовлетворительным состоянием посевов. Используя дроны или спутник, можно определять те участки, где нужно вносить большие нормы удобрения, а также создавать электронные карты-задания для техники. Такие карты используются для дифференциального внесения удобрений. 

снимок поля с дрона / ndvi

Слева снимок поля с дрона, справа – это же поле после построения NDVI индекса состояния всходов ярового ячменя. Красные зоны – с угнетенной растительностью. Зеленые – здоровые растения. Сверху и снизу по краях поля – пересевы

Из общих потерь урожая от вредителей, болезней и сорняков, на долю сорняков приходится приблизительно 30%. При этом суммарные потери урожая и дополнительные затраты на очистку полей от сорняков удваивают общие потери в производстве зерна. Для оценки засоренности поля идеально подходит применение дронов. Благодаря низкой высоте полета и мощным камерам, дроны способны собрать информацию для создания карт, на которых можно отличать сорняки от посевов. В результате этого агроном, получая более точную информацию, может вовремя внести правильную норму гербицида.

локализация сорняков на поле

Пример из нашей практики: обработка данных, собранных дроном, на выявление сорняков в кукурузе

В конце вегетационного периода, перед уборкой урожая, мониторинг повторяется. Это позволяет уточнить сроки сбора урожая и окончательно спрогнозировать урожайность.

мониторинг дроном пшеницы

С каждым годом повышается качество камер, растет емкость батарей. Алгоритмы обработки собранной информации становятся все лучше, а применение дронов все более доступным. Коммерческие сервисы продолжают выводить на орбиту свои спутники дистанционного зондирования. Программы Landsat и Sentinel-2 планируют запуски новых аппаратов с более продвинутыми технологиями для съемки и сканирования поверхности Земли. Это способствует тому, что мониторинг с применением дронов и спутников через несколько лет станет таким же обычным в работе украинского агрария, как сегодня применение GPS на технике.

Подписаться на наши новости

Консультант
Нужна консультация?

Звоните по телефону +38 067 829 10 80
или оставьте свои контактные данные и мы с вами свяжемся

Партнеры и Клиенты

  • UkrLandFarming
  • Кернел
  • Мироновский Хлебопродукт
  • ИМК
  • HarvEast
  • Фридом Фарм Интернешнл
  • Continental Farmers Group
  • ED&F Man
  • Agricom Group
  • Агро-Регион
  • Централ Фарминг Юкрейн
  • Агроинвестгрупп
  • Успех
  • Лэндфорт
  • Хмельницк-Млын
  • Асприя Сидз
  • Шпола-Агро Индустри
  • Kusto Agro
  • Фаворит-Агро
  • АМГ Мироновское
  • Глобино Агро
  • Бершадь Агроплюс
  • Грин Тим
  • AgAdvisors
  • Frendt
  • Carefield
  • MegaDrone
  • Fly Technology
  • DroneDeploy
  • Syngenta
  • iTec
  • Aerodrone
  • Западный Буг
  • Tvis
  • SystemSolutions
  • SkyGlyph
  • AgGeek
  • AgTech Ukraine
  • Альтера Нова

Обратный звонок