Távérzékelés az AgroFIELD programban

Részletek

Távérzékelés az AgroFIELD Programban
A helyspecifikus gazdálkodás gyakorlatában a talajtulajdonságok változatosságából adódóan különböző termőképességű zónákat különíthetünk el egy táblán belül. Az eltérő tulajdonságú részekre ezt követően jellemzőinek függvényében tervezhetjük az inputanyagok mennyiségét.
A táblákról származó adatsorok értelmezéséhez elengedhetetlen a térinformatika alkalmazása.
Mind a raszteres, mind a vektoros szoftverek alkalmazása olyan mértékben járul hozzá az adatok feldolgozásához és értékeléséhez, hogy mára a döntés-előkészítés megkerülhetetlen eszközévé váltak. Szem előtt kell tartani ugyanakkor, hogy az egyes szoftverek használata során a mérési adatokból, nem megfelelő alkalmazás esetén hibás fedvények is létrejöhetnek, amelyek eredményeként hibás döntések születhetnek. A rossz döntések kiküszöbölésére az AgroFIELD programban nem csak néhány eredményre hagyatkozunk, hanem egy komplex, több mérési technikán alapuló módszert használunk.
Az egyike ezeknek a távérzékelés, amely alatt azokat az adatgyűjtési és feldolgozási eljárásokat értjük, amelyek során egy adott növényzetről, területről, tárgyról vagy jelenségről közvetve azok érintése nélkül különböző eszközökkel, módszerekkel adatokat gyűjtünk és rögzítünk.
Mielőtt rátérnénk a műholdas távérzékelésre ismerjük meg a vegetáció index fogalmát.
A vegetációs index egy dimenziómentes mérőszám, amely egy adott terület vegetációs aktivitását fejezi ki. Értékét a növényzet által a közeli infravörös (NIR) és a látható vörös (RED) sugárzási tartományban visszavert intenzitások különbségének és összegének hányadosa szolgáltatja. Az NDVI korrelál a területet takaró növényzet fajlagos klorofill tartalmával. A növényi levelekben található klorofill a fotoszintézis során nagymértékben elnyeli a látható  fényenergiát (400-700 nm). Ugyanakkor a levelek a sejtfelépítésüknek köszönhetően nagymértékben visszaverik a közeli infravörös fényt (700-1100 nm).
A közeli infravörös (near-infrared) és a látható (visible) színtartományok elnyelődése, valamint visszaverődése az egészséges és gyengélkedő növények leveleiről (forrás: NASA)
A legelterjedtebb vegetációs index a Normalizált Differenciál Vegetációs Index (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), aminek célja, hogy elkülönítse a vegetációval borított területeket az egyéb felszínborításúaktól. Az index a -1 és +1 közötti tartományban jelenít meg értékeket. A gyakorlatban a pozitív értékű pixelek a zöldfelületeket, a negatív értékű pixelek pedig a vegetációmentes felszínt jelölik.
                                                              
Műholdas távérzékelés
 A műholdképek megjeleníthetők multispektrális sávonként illetve az egyes sávok összevonása révén származtatott fedvényként is. A megfelelő sávok kiválasztásával és alkalmazásával normál és hamisszínes felvételek is megjeleníthetők, amelyek segítségével akár első pillantásra megállapíthatók a táblákon belül jelentkező különbségek. A műholdfelvételek megjelenítése raszteres formában, térképszerűen nyújt információt a precíziós gazdálkodás számára. Az eltérő fedvények (egy vagy több sáv), illetve a vegetációs indexek alapján létrehozhatunk kijuttatási térképeket, megbecsülhetjük a várható hozamot és különböző termőzónákat különíthetünk el. De nem szabad csak ezekre az információkra hagyatkozni, mert rengeteg befolyásoló tényező van, ami miatt hamis információt kaphatunk ilyenek például a műholdképek felbontása, gyomok, időjárás.
A felvételezés időpontja az egyes növények vegetációs periódusának függvényében jelentősen befolyásolhatja az eredményeket. A felvételezési időszak megválasztása a felvétel céljától függ.

NDVI műholdfelvétel
Drónos távérzékelés
A drón olyan pilóta nélküli repülőeszköz, amely távvezérelt vagy programozott repülésre képes információszerzés, logisztikai vagy speciális operatív feladatok ellátása céljából (Bakó, 2014). Légifelvételek készítésére legalkalmasabbak a drónok, amiket bárhol bevethetünk nagyfelbontású multispektrális képek készítésére. Ezeknek a képeknek a felhasználásahasonló módon történik, mint a műholdképeknél. Ezeket a felvételek felbontásuknak köszönhetően használhatjuk még vadkár és kártevő kárfelmérésre.
A felvételek készítésekor fontos a készüléket az adott fényviszonyokhoz kalibrálni, mert ez könnyen hamis információkat adhat, ezért az AgroFIELD programban egy olyan eszközt használunk, amely folyamatosan méri a változó fényviszonyokat és kalibrálja önmagát. A repülések során ipari drónt alkalmazunk, amely mind repülési időben és távolságban felülmúlja kisebb hobby felhasználású társait. Drón multispektrális kamerával felszerelve
A drónnal történő távérzékelés előnyeit az alábbiakban foglalhatjuk össze:
– olcsóbb képalkotás minden más, légifelvételezési eljárással szemben;
– nagyobb pontosság és térbeli felbontás érhető el;
– a problémák korai felismerésének lehetősége, különösen a vízháztartási állapot, a gyomosodás, a növényi stressz (tápanyag hiány, vízhiány)
– a gyakori repülésekkel kapott naprakész információk a területről, az állapotváltozások gyors és pontos észlelése költséghatékony módon;
– a minőségi paraméterek mellett mennyiségi jellemzők észlelése 3D technológiával, pl. vegetációs tömeg, növénymagasság, árnyék és szélhatás stb.   Drónnal készült NDVI felvétel
De lássuk, hogyan értelmezhetünk egy NDVI drónfelvételt. Minél magasabb a vegetációs index érték, annál sötétebb zöld a terület, vagyis annál nagyobb a zöldtömeg, ami egészséges, vízzel és tápanyaggal jól ellátott, erős, növekedésben lévő növényállományt jelez. A drónnal készült mellékelt felvételen ez a 0.58 – 0.66 intervallumot jelenti. Ezeken a területeken lesz a legnagyobb a terméshozam. Kisebb az index értéke, amikor a növényállomány még kicsi és sok fedetlen talaj „látszik” körülötte, vagy mint a mellékelt felvételen, amikor azt víz- illetve tápanyaghiány, vagy valamilyen betegség, kártevő sújtja. Általában ezeken a részeken a termésátlag kevesebb lesz, mint a tábla többi részén.

Az NDVI drónfelvételek értelmezéséhez a fentiek mellett elengedhetetlen az egyes növénykultúrák fejlődési stádiumaihoz tartozó jellemző vegetációs index értékeinek ismerete. Az őszi búza és a repce egész tavasszal magas értékeket mutat, maximális NDVI értékeit körülbelül május második felében veszik föl. A kalászhányástól, ill. a repce virágzása után az értékek az érés végéig intenzíven csökkennek. A napraforgó NDVI értéke a kelés után lassan emelkedik, majd május második felében, június elején hirtelen megugrik, ekkor a legintenzívebb a növekedése, levélképződése. Maximumát június első felében éri el, ezt követően lassú, majd az érés során gyors csökkenés következik be. A kukorica NDVI értéke a kelés után egészen augusztusig folyamatosan emelkedik, majd ősszel gyorsan csökken.
Szélsőséges időjárási körülmények esetén, például aszályos időszakban, az NDVI értékek fenológiai fázisokhoz köthető változása nagymértékben eltérhet a fent leírtaktól. Az ezekben az időszakokban végzett felvételezések különösen értékes eredményeket szolgáltathatnak a táblák heterogenitásával és az adott növénykultúra erre adott reakciójával kapcsolatban.
(K. Didan. (2015). MOD13Q1 MODIS/Terra Vegetation Indices 16-Day L3 Global 250m SIN Grid V006. NASA EOSDIS Land Processes DAAC.)
                       
Normál látható felvétel                                                                               NDVI felvétel
Az AgroFIELD program keretein belül idén is több helyszínen tervezünk kísérleteket beállítani, hogy részletesebben tanulmányozzuk a távérzékelésben rejlő lehetőségeket.
A helyspecifikus gazdálkodás alapját képező zónalehatárolás mellett, a drónnal végzett felmérések legnagyobb hatékonysággal a deszikkálásnál használhatók, ahol esetenként 35%-os vegyszer-megtakarítás is elérhető.
 
Szondi Attila
fejlesztőmérnök
https://agrofil.hu/szakcikkek/egyeb-szakcikkek/taverzekeles-az-agrofield-programban