Беспилотники и карты вегитационных индексов (NDVI)  -- Сельское хозяйство и беспилотники

 

NDVI - это нормализованный вегетационный индекс, от англ. NDVI - Normalized Difference Vegetation Index, широко использующийся в точном земледелии. Беспилотники позволяют собирать данные, необходимые для создания детальных карт NDVI за считанные часы. 

NDVI - это один из множества вегитационных индексов, один из наиболее популярных и часто используемых. Его описал Rouse B.J. в 1973 году. Индекс количественно характеризует объем фотосинтетически активной биомассы. 

Вычисляется он по формуле NDVI = (NIR - RED) / (NIR + RED), 

где NIR - это коэффициент отражения в ближней ИК области спекта, а RED - коэффициент отражения в красной области спектра. Нормализация позволяет снизить эффекты влияния различий в освещенности, облачности, дымки и т.п.

Индекс для растительности всегда положителен, чем больше зеленая фитомасса, тем выше индекс. Важно, что на значения индекса влияют видовой состав растительности, ее сомкнутость, состояние, цвет почвы под разреженной растительностью. В среднем для зеленой растительности индекс колеблется от 0.2 до 0.8. 

Карты с данными индекса NDVI позволяют анализировать состояние растительности, ее плотность, всхожесть и рост, прогнозировать продуктивность угодий. Он также помогает выявлять проблемные зоны угнетенной растительности - такие участки заметно отличаются цветом при визуализации полученных данных. 

Карты NDVI создаются на основе данных обследования всходов с помощью беспилотника, получаемых с обычной и ИК-чувствительной цифровых камер. Данные обработывают специальным ПО, например, Photoscan и могут визуализироваться, например в ПО ГИС "Спутник Агро", которая позволяет не только визуализировать карту NDVI, но и анализировать области, выделяя их вручную или по контурам из файлов KML, а также экспортировать данные NDVI в форматы Shapefile и CSV.

 Пример визуализации данных NDVI с помощью ГИС "Спутник Агро", Геоскан, 2017.02

Карты NDVI можно формировать самостоятельно, используя данные, получаемые с БЛА, либо приобретать как услугу - тогда облеты и последующую обработку данных, включая рекомендации, выполнят компании, предоставляющие соответствующие услуги. В России рынок таких услуг уже сформирован по состоянию на 2017 год.  

Традиционно данные для расчетов NDVI получались со спутников. Но после появления доступных летающих БЛА, появилась возможность снизить себестоимость таких данных, повысить оперативность их получения и разрешающую способность. Выгодно отличается сбор данных с летающего БЛА и от сбора данных наземной техникой.

Геоскан, 2017.02 

Трактор, с установленными на нем наземными сенсорами NDVI, обладает меньшей по сравнению с БЛА производительностью, и обходится дороже в обслуживании. Кроме того, стоиомость одного комплекта сенсоров сопоставима со стоимостью одного БЛА, способного заменить до 10 комплектов сенсоров.

Спутник отличает меньшее разрешением, что не удовлетворяет современным запросам в области точного земледелия, особенно в случае полей малой площади и рисовых чеков. Кроме того, в день съемки возможна облачность, что сделает результаты космосъемки непригодными к использованию.

 

Геоскан, 2017.02 

Для сопровождения систем точного земледелия актуальные значения индекса NDVI являются основной рабочей информацией о состоянии посевов. 

Общедоступные спутниковые снимки имеют разрешение 15-30 метров на пиксель и позволяют достоверно определить лишь общее состояние по полю. 

Периодичность спутниковых наблюдений не полностью удовлетворяет пользователей в различных регионах, т.к. многие участки оказываются покрыты облаками в день съемки. Кроме того, время размещения материала на серверах может составлять 1-2 недели.

БЛА Геоскан, осанащенный камерой для спектральной съемки, способен обеспечить снимки с разрешением 5 сантиметров на пиксель. 

Постобработка материалов может быть выполнена как централизованно в ЦОД, так и на местах - в агрохимлабораториях и даже на рабочем месте агронома. 

Площад посевов для обслуживания одним БЛА Геоскан - от 30 000 га, если БЛА - это основной источник данных, или до 100 000 га, если БЛА используется для дополнения спутниковых данных. При этом облачность не препятствует проведению съемки с БЛА. 

+ +