GeoPard ja Cornellin yliopiston CAST, NMSP yhteistyö dataperusteisessa maataloudessa

Cornellin maatalousjärjestelmien testialue ja demonstraatiopaikka (CAST) Tulevaisuuden maatilalle ja Cornellin ravinnehuolto-ohjelma (NMSP) ovat tehneet yhteistyötä täsmäviljelyalusta GeoPard Agriculturen kanssa muuttaakseen raa'an satotiedon toimenpidekelpoisiksi maanviljelysuosituksiksi.

CAST – kolmen New Yorkin osavaltiossa sijaitsevan maatilan muodostama klusteri – toimii “Tulevaisuuden maatilan” teknologioiden koekenttänä ja edistää datalähtöisiä ratkaisuja peltokasvien ja maidontuotannon alalla. NMSP-tiimi tekee tutkimusta, edistää teknologian ja tietojen siirtoa sekä avustaa hyödyllisten strategioiden käyttöönotossa viljelykasvien ravinteiden hallinnassa koko New Yorkin osavaltion tilojen kestävyyden parantamiseksi.

GeoPard työskentelee CASTin ja NMSP:n kanssa edistääkseen tiedonkäsittelyä paremmiksi digitaalisiksi agronomiikatyökaluiksi – yhdistelmä tiedettä, teknologiaa ja viljelijöiden johtamia kokeiluja, joka on esimerkki täsmäviljelyn tulevaisuudesta.

Cornellin CAST ja NMSP

CAST on osa USDA NIFA:n “Farm of the Future” -aloitetta ja toimii Cornell Institute for Digital Agriculturen alaisuudessa. CAST yhdistää kolme kaupallisen mittakaavan maatilaa (kasvinviljely ja lypsykarja) yhtenäiseksi T&K-ekosysteemiksi. Sen tehtävänä on testata ja demonstroida integroituneita täsmäviljelyteknologioita (robotiikasta data-analytiikkaan) todellisissa viljelyolosuhteissa.

Samanaikaisesti ravinteidenhallinnan erikoisohjelma (NMSP), jota johtaa tohtori Quirine Ketterings, keskittyy soveltavaan maaperä- ja kasvitutkimukseen ja neuvontaan. NMSP-tiimi arvioi ravinteiden käyttöä ja sadon vaihtelua tiloilla; esimerkiksi se oli edelläkävijänä ns. “sadon vakausvyöhykkeiden” luomisessa yhdistämällä kolmen tai useamman vuoden sadotietoja kartoittaakseen jatkuvasti korkean ja alhaisen sadon alueita sekä vaihtelevia alueita.

Nämä vakausvyöhykekartat (vyöhykkeet Q1–Q4 ilmoittavat sadon tasaisuuden korkeuden/mataluuden) ja uudet koesuunnitelmat, kuten "Single-strip Spatial Evaluation Approach" (SSEA), auttavat viljelijöitä testaamaan pellon sisäisen vaihtelun tunnistaneiden avulla peltotutkimuksissa, kannattavatko hoitomuutosten tekeminen.

GeoPard Maanviljelysalusta

GeoPard Agriculture tarjoaa pilvipohjaisen analyysimoottorin, joka käsittelee kaikkia maatiloihin liittyviä paikkatietoja. GeoPardin mukaan alusta on “objektiivinen, pilvipohjainen analyysiteho precision agriculture -käyttöön”, joka kykenee käsittelemään monikerroksista ja monivuotista dataa. Käytännössä GeoPard syöttää satomonitoritiedostoja, maaperäkarttoja, satelliittikuvia ja muuta tietoa tuottaakseen käyttövalmiita karttoja ja ohjeita. Keskeisiä ominaisuuksia ovat monikerroksisten ja monivuotisten hallinta-alueiden ja muuttuvien satotavoitteiden (VRA) karttojen luonti, yksityiskohtainen satodatan analysointi ja kasvustonseurantatyökalut.

Esimerkiksi GeoPard voi puhdistaa ja kalibroida raa'an yhdistelmälystiedon ja luoda jopa synteettisiä satokarttoja (arvioimalla satoja satelliitti-/drone-syötteistä) täyttämään aukkoja, joissa historiallinen tieto puuttuu. Alusta tukee myös topografia- ja maaperätietojen analysointia, 3D-kentän visualisointia, sovelluskohtaisten tietojen vertailua ja paljon muuta.

• Johtamisvyöhyke ja VRA-kartta: GeoPard käyttää satotietojen/maaperätietojen kerroksia kenttävyöhykkeiden rajaamiseen ja määräyskarttojen luomiseen täsmällistä syötteiden levitystä varten.
• Tuottotietojen käsittely Järjestelmä toteuttaa puimureiden satotietojen automatisoidun puhdistuksen ja kalibroinnin, ja pystyy generoimaan synteettisiä satokarttoja monivuotisesta ja kaukokartoitusdatasta.
• Sadon ja pellon seuranta Satelliittipohjaiset työkalut ja moni-indeksianalytiikka auttavat tunnistamaan satokasvien suorituskyvyn ja rajoittavien tekijöiden alueellisia trendejä vuodesta toiseen.

Yhteistyöhön perustuva tutkimus ja kenttäkokeet

Tässä yhteistyössä CAST ja NMSP tutkivat GeoPard Agriculture -alustaa raakojen maissirehu- ja viljasadonseurantatietojen prosessointiin puhdistetuiksi satokartoiksi, satovakausvyöhykkeiksi ja synteettisten satotietojen luomisen tarkkuuden arvioimiseksi.

Quirine Ketterings ja hänen tiiminsä NMSP:ssä hyödyntävät CAST-kenttien tietoja GeoPardin algoritmien tarkkuuden arviointiin ja parantamiseen sadon kartoituksessa sekä synteettisen sadon määrittämiseen koko pellon arviointia ja kokeita varten. Yhdessä GeoPardin kanssa Ketterings ja hänen tiiminsä arvioivat tietojen laatua ja protokollia sadon vakausvyöhykekarttojen tuottamiseksi monen vuoden datoilla varustetuille pelloille.

Kuva: Madeline Hanscom/NMSP

Niiden tavoitteena on pystyä analysoimaan sekä tavanomaisia maatilan tutkimuskokeita että uudempaa SSEA (Single-strip Spatial Evaluation Approach) -menetelmällä tehtyjä kokeita, jotka hyödyntävät tietoa peltojen vaihtelusta kasvutuotossa. Yhteistyön keskeisiä osatekijöitä ovat:

1. Tiedon integrointi CASTin sadonkorjuu- ja tarkkuustiedot käsitellään GeoPardissa, ja niistä luodaan paikkatietoisia satokarttoja ja suorituskykykerroksia.
2. Algoritmin validointi GeoPard-yhteensovitusmittaus- ja synteettisen saannon algoritmeja testataan CAST/NMSP:n tarkkoja peltokokeiden tietoja vastaan, ja teknologiaa parannetaan todellisten mittausten perusteella.
3. Tilallinen analyysi Tiimi luo usean vuoden datasta tuotannon vakauden vyöhykekarttoja ja arvioi, kuinka hyvin GeoPard:n mallit kuvaavat todellisia peltoalueiden kuvioita.
4. Innovatiivinen tutkimussuunnittelu Uudet menetelmät, kuten SSEA, käyttävät peltokohtaisia satomalleja tehokkaaseen hoitokokeiden vertailuun, GeoPardin spatiaalisen analyysin tukemana.

Tekemällä yhteistyötä Cornell ja GeoPard varmistavat, että alustan tulokset perustuvat tilojen todellisuuteen. Vaikka GeoPard hyödyntää edistynyttä mallinnusta (mukaan lukien satelliittipohjainen sadon ennustaminen), näillä datarikkailla Cornellin tiloilla tapahtuva validointi tekee sen suosituksista luotettavampia. Tämä tieteen, teknologian ja todellisen kenttäkäytännön integrointi luo takaisinkytkentäsilmukan: viljelijät ja tutkijat hyötyvät molemmat luotettavammista täsmäviljelytyökaluista.

Käytännön vaikutus: Kohti kestävää täsmäviljelyä

Lopullisena tavoitteena on muuntaa tutkimustulokset käytännönläheisiksi neuvoiksi viljelijöille. Satomäärän seuranta ja kartoitus antavat viljelijöille näkyvyyttä peltokohtaiseen vaihteluun, mahdollistaen kohdennetut toimenpiteet yleisten käsittelyjen sijaan. Itse asiassa tutkimukset osoittavat, että johdonmukainen satokartta auttaa viljelijöitä “näkemään, mitkä peltopalstat menestyvät ja mitkä kaipaavat parannusta, auttaen heitä suunnittelemaan tarkempia toimenpiteitä”.

Esimerkiksi maanviljelijä voi käyttää GeoPard-karttoja levittääkseen lannoitetta vain sinne, missä sadot ovat alisuoriutuneet kentän keskiarvoon verrattuna, tai ottaa käyttöön luonnonvarojen säästämiseen tähtääviä käytäntöjä jatkuvasti matalan satotason alueilla. Puhdistetun datan, satovakausanalyysikarttojen ja synteettisten vertailukohtien avulla Cornellin ja GeoPardin kumppanuus tukee kustannustehokkaita ja ympäristöä säästäviä päätöksiä.