Опыт дистанционного мониторинга посевных угодий

В целях применения современных методов в исследованиях при проведении дистанционного спектрального мониторинга сельскохозяйственных земель были использованы возможности программного обеспечения «Exactfarming», функционирующего в режиме онлайн-сервиса. Тогда для вычисления числовых показателей нормального роста растений, в основном, использовался индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index); расширенный индекс нормального роста растений – EVI (Enhanced Vegetation Index); индекс, определяющий уровень влажности растений – NDMI (Normalized Difference Moisture Index); индекс, определяющий изменение типа почвы – MSAVI2 (Modified Soil-Adjusted Vegetation Index) [2]. Использовались данные, предназначенные для сельскохозяйственного сектора через программное обеспечение (разрешение 1030 м), полученные из мультиспектральных канал искусственных спутников «Sentinel-2A» запущен в 2015 г. и «Sentinel-2B» за- пущен в 2017 г. Европейским космическим агентством, широко распространённые в развитых странах мира. На их основе каждые 3–5 дней получали обновляемые космические снимки поверхности изучаемой территории и проводили анализ с помощью различных числовых показателей роста растений. Эти исследования были проведены в 2020 году на полях посева озимой пшеницы, что находятся в 577 км от пункта наблюдения (г. Ашхабад), то есть была составлена электронная карта площади 14,92 га на территории Халачского этрапа, и в течение 2 лет по согласованию с арендаторами земельного участка проводился дистанционный спектральный мониторинг на пилотной основе. В ходе мониторинга под постоянный контроль без непосредственного присутствия человека попали различные агротехнические мероприятия, проводимые в пределах испытуемой зоны, в том числе, наблюдения за условиями нормального роста растений, водоснабжением, севооборотом, степенью утрамбованности земли, погодными условиями, своевременным и надлежащим проведением прочих работ [4].

Процесс мониторинга продолжается непрерывно, начиная от посева пшеницы

(04.10.2020) до сбора урожая (27.05.2021), последующего севооборота и далее (рис. 1).

23.11.2020 (е)            11.02.2021 (а)            02.04.2021 (f)            07.04.2021 (g)

Рис. 1. Непрерывный дистанционный мониторинг роста посева озимой пшеницы и сравнение информационной электронной NDVI-карты [6]

На снимках, полученных при обработке данных искусственного спутника от 27 мая 2021 года, видно, что урожайная зона посевного поля окрашена в равномерный красный цвет, что свидетельствует о том, что испытуемое пшеничное поле площадью 14,92 га полностью готово к уборке. Это означает, что все агротехнические мероприятия в поле выполнены правильно и в срок, а выявленные мониторингом недочёты устранены незамедлительно.

После того как озимая пшеница, посеянная 4 октября 2020 года, была успешно взращена и собрана, с целью подготовки ко второму урожаю до следующего посевного сезона арендаторы засеяли поля различными кормовыми, бобовыми, зерновыми и плодоовощными культурами.

В ходе послеуборочного мониторинга и анализа посевов пшеницы были обработаны некоторые данные, полученные с космоса. Среди них оказались мультиспек-тральные данные, полученные со спутника 4 сентября 2021 года, по которым были изучены количественные показатели нормального роста растений и проведены аналитические работы методом сравнения. В этот день температура воздуха на полях была равна +28°С, уровень запылённости находился в норме, то есть предельно допустимая концентрация (ПДК) составляла в среднем 0,15 мг/м3 в сутки, поэтому наблюдалась ясная безоблачная погода с уровнем влажности - 22%. Уровень точности космических данных, полученных при таких благоприятных природных условиях, становится заметно выше (рис. 2).

Рис. 2. Послеуборочный анализ посевов пшеницы (04.09.2021 г.) [7]

Согласно расчётам:

– В соответствии с индикаторами NDVI – 1,72 га (11,5%) земельной площади покрывают созревшие кормовые зерновые культуры, чья густая зелень достигает 7080 см и выше. Это зелёные области на рисунке (а). В северной зелёной зоне NDVI = 0,71, а в центральной и в южной зелёных зонах NDVI = 0,69. Это означает, что в северной зелёной зоне плотность и уровень зелени посевов высокий, а высота растительности соответственно составляет 7080 см. А вот зелёные участки в центре и на юге являются одной и той же культурой, но плотность там немного ниже, и если сравнивать их листья с листьями северной зоны этой культуры, то цвет преобладает жёлтый. NDVI = 0,15-0,27 на окрашенных в красный цвет участках посевных площадей, что составляет 9,65 га (64,69%) посевных площадей, и эти участки относятся к низкорослым, редко возделываемым культурам. В красных зонах участка NDVI=0,15-0,27, и занимает 9,65 га (64,69%) посевных площадей, то есть это земли со скудными низкорослыми насаждениями. Белые зоны поля на рисунке (а), где проводится исследование, имеют индекс NDVI = 0,01, что охватывает 3,55 га (23,81%) обрабатываемой площади. Это означает, что эти области являются оголёнными, с редкой растительностью. Жёлтые области – переходные зоны культур опытного поля, и тампреобладает растительность высотой 50-55 см [5, 6].

• -    Поскольку EVI является расширенным индексом, мы убедились, что информация, выраженная индексом NDVI, является точной рисунок (б). Однако было обнаружено, что красные зоны в северной части по сравнению с южной редко бывают синими.

• -    MSAVI2 – индекс, определяющий изменение типа почвы и предоставляющий более точные данные при изучении оголённых участков с редкой растительностью. MSAVI2=0,02 обозначен светлофиолетовыми зонами на рисунке (в), и охватывает 3,55 га (23,81%) обрабатываемой площади. Было установлено, что эти земли были вспаханы после уборки урожая пшеницы без посева других культур. – NDMI является основным индексом, используемым для определения уровня

влажности растений, и он разделён на три цвета, как показано на рисунке (д). Области оранжевого цвета считаются участками с нормальным водоснабжением растений. В этих местах NDMI=0,35-0,40. Растения в красных зонах имеют NDMI=0,25, то есть преобладает низкаявлажность листьев растений, а в белых зонах NDMI=0,01, что указывает на отсутствие растительного покрова участка или сухую растительность.

Таким образом, благодаря дистанционному спектральному мониторингу сельскохозяйственных угодий, упростив выполнение необходимых мероприятий, можно за короткий промежуток времени выполнить несколько задач мониторинга и наладить цифровую службу управления.