Tipuri de teledetecție în agricultură

Recent, s-a înregistrat o creștere a utilizării sistemelor tehnologice avansate, precum teledetecția, în agricultură. Practicile agricole de astăzi sunt semnificativ mai eficiente, coerente și simplificate în comparație cu practicile agricole convenționale.

Utilizarea metodelor avansate, de exemplu, estimarea randamentului culturilor în toate aspectele procesului de cultivare, poate produce un randament ideal și o recoltă mai bună.

Pentru a garanta un randament mai mare, fermierii trebuie să asigure cea mai bună sănătate a culturilor lor. În timp ce utilizarea sistemelor obișnuite a restricționat...observarea regiunilor mai mari, deoarece fermierii erau nevoiți să viziteze fizic toate părțile terenului.

Cea mai recentă inovație a oferit o varietate de modalități prin care fermierii pot verifica cu ușurință calitatea culturilor din regiunile mai mari.

Ce este teledetecția?

DefiniTeledetecția este un domeniu de studiu și o tehnologie care implică colectarea de informații despre suprafața Pământului sau despre alte obiecte de la distanță. Aceasta utilizează diverse dispozitive și senzori, cum ar fi sateliți, avioane și drone, pentru a colecta date fără a intra în contact fizic cu ținta.

Pur și simplu, implică verificarea terenului cu echipamente avansate de la distanțe mari. Verificarea include caracteristicile fizice ale unei parcele de teren.

Procesul funcționează prin estimarea radiației produse și reflectate de teren, ceea ce ajută la structurarea unei imagini a terenului și îi ajută pe specialiști să emită judecăți asupra anumitor părți ale acestuia.

Aceste unde electromagnetice includ lumina vizibilă, radiațiile infraroșii și microundele. Prin analiza caracteristicilor radiațiilor, oamenii de știință pot extrage informații valoroase despre caracteristicile și procesele Pământului.

Are o gamă largă de aplicații în diverse discipline, inclusiv monitorizarea mediului, agricultura, planificarea urbană și gestionarea dezastrelor. Oferă un mijloc de a observa și studia zone extinse ale suprafeței Pământului, care ar fi dificil sau imposibil de accesat direct.

La ce se folosește teledetecția?

A mări dezvoltarea culturilor și pentru a crește randamentul într-o piață dificilă, producătorii tind să exploateze cea mai recentă tehnologie disponibilă. Pentru a garanta cel mai mare randament, fermierii au nevoie ca recoltele să rămână în stare optimă.

Observarea recoltelor într-o regiune vastă devine semnificativ mai simplă prin utilizarea teledetecției în agricultură.

Datele colectate în urma procesului susțin cultivarea de precizie, permițând fermierilor să obțină randamente mai mari din recoltele lor. Câteva aplicații comune ale teledetecției includ:

• Cartografierea acoperirii și utilizării terenurilor: Poate identifica și clasifica diferite tipuri de acoperire terestră, cum ar fi pădurile, culturile, corpurile de apă și zonele urbane. Aceste informații ajută la monitorizarea schimbărilor în utilizarea terenurilor, evaluarea defrișărilor, gestionarea resurselor naturale și planificarea dezvoltării urbane.
• Monitorizarea mediului: Permite observarea și analiza parametrilor de mediu, cum ar fi sănătatea vegetației, calitatea apei, poluarea aerului și indicatorii schimbărilor climatice. Ajută la monitorizarea și înțelegerea fenomenelor naturale, cum ar fi incendiile, secetele și topirea calotelor glaciare polare.
• Agricultură și managementul culturilor: Teledetecția agricolă poate evalua sănătatea culturilor, poate estima randamentele culturilor și poate identifica zonele afectate de dăunători sau boli. Aceste informații îi ajută pe fermieri să ia decizii informate cu privire la irigații, fertilizare și controlul dăunătorilor, ceea ce duce la îmbunătățirea productivității culturilor și a gestionării resurselor.
• Gestionarea dezastrelor: Joacă un rol crucial în eforturile de răspuns la dezastre și de recuperare. Ajută la cartografierea amplorii dezastrelor naturale, precum uraganele, inundațiile și cutremurele, permițând alocarea eficientă a resurselor și distribuirea ajutorului. De asemenea, ajută la evaluarea pagubelor post-dezastru și la planificarea activităților de reconstrucție.
• Geologie și explorare minerală: Tehnicile sale, cum ar fi imagistica hiperspectrală și radarul, pot detecta și caracteriza caracteristicile geologice și zăcămintele minerale. Aceste informații susțin cartografierea geologică, explorarea mineralelor și evaluarea resurselor.

Tehnicile de teledetecție continuă să evolueze odată cu progresele în tehnologia senzorilor, algoritmii de procesare a imaginilor și metodele de analiză a datelor.

Odată cu creșterea disponibilității imaginilor satelitare de înaltă rezoluție și integrarea datelor de teledetecție cu sistemele de informații geografice (GIS), aplicațiile și potențialul acestora se extind, contribuind la o mai bună înțelegere a planetei noastre și facilitând procese decizionale informate.

Cum funcționează teledetecția?

Funcționează prin captarea și analizarea radiațiilor electromagnetice emise sau reflectate de obiecte sau suprafețe de pe Pământ de la distanță. Iată o explicație simplificată a modului în care funcționează teledetecția:

• Sursă de energie: Începe cu o sursă de energie, care poate fi naturală (de exemplu, lumina soarelui) sau artificială (de exemplu, senzori activi precum radarul). Sursa de energie emite radiații electromagnetice către suprafața Pământului.
• Interacțiunea cu ținta: Energia emisă interacționează cu obiectele sau suprafețele țintă. O parte din energie este absorbită, o parte este reflectată, iar o parte poate fi transmisă prin țintă. Interacțiunea depinde de proprietățile țintei, cum ar fi compoziția, textura și conținutul de umiditate.
• Detectarea senzorilorSenzorii, de obicei amplasați pe sateliți, aeronave sau drone, detectează energia reflectată sau emisă de țintă. Acești senzori pot capta o gamă largă de lungimi de undă, inclusiv vizibilă, infraroșie și microunde.
• Achiziția de date: Senzorii colectează date sub formă de imagini digitale sau măsurători. Datele achiziționate pot include intensitatea energiei reflectate sau emise la diferite lungimi de undă.
• Transmiterea și stocarea datelor: Odată colectate, datele sunt transmise către stațiile terestre sau stocate la bordul platformei de senzori. Apoi sunt procesate și puse la dispoziție pentru analize ulterioare.
• Prelucrarea și analiza datelor: Datele de teledetecție sunt procesate folosind algoritmi și tehnici specializate. Acestea includ corecții pentru interferențe atmosferice, distorsiuni geometrice și calibrare radiometrică. Datele procesate sunt apoi analizate pentru a extrage informații semnificative despre suprafața Pământului.
• Interpretare și aplicare: Datele analizate sunt interpretate de experți, cum ar fi oameni de știință, geografi sau agronomi. Aceștia identifică și clasifică obiecte, cartografiază tipurile de acoperire a terenului, monitorizează schimbările și extrag informații relevante pentru diverse aplicații.
• Vizualizare și comunicare: Rezultatele finale sunt adesea vizualizate prin hărți, imagini sau alte reprezentări grafice. Aceste rezultate vizuale facilitează înțelegerea și interpretarea informațiilor de către factorii de decizie, oamenii de știință și public.

Este important de menționat că poate utiliza atât tehnici de detectare pasivă, cât și active. Senzorii pasivi detectează energia naturală (de exemplu, lumina soarelui) care este reflectată sau emisă de suprafața Pământului. Senzorii activi, pe de altă parte, emit propria energie (de exemplu, impulsuri radar) și măsoară energia reflectată înapoi.

Cum funcționează în agricultură?

Procesul de teledetecție în agricultură funcționează prin intermediul informațiilor colectate de diferite dispozitive pe o perioadă de timp. Datele colectate pot fi apoi utilizate pentru a analiza diferite aspecte ale culturii și randamentului.

Această analiză este utilizată pentru a face modificări la culturi pentru a asigura un randament maxim. Procesul poate fi utilizat pentru a efectua o varietate de analize și a implementa măsuri în consecință. Amenințările comune cu care se confruntă fermierii sunt infestarea cu dăunători și buruienile din culturi.

În agricultură, poate ajuta la detectarea timpurie a acestora și poate avertiza fermierii să ia contramăsurile necesare pentru a asigura sănătatea culturilor. Pentru a desfășura procesul pe diferite suprafețe de teren care fluctuează în ceea ce privește dimensiunile și tipurile de recolte, se utilizează diverse tipuri de dispozitive și senzori.

Tipuri de teledetecție în agricultură

În agricultură, tehnicile de teledetecție cuprind diverse metode de colectare și analiză a datelor despre culturi și peisaje agricole. Iată câteva tipuri comune de teledetecție utilizate în agricultură:

1. Detecție optică: Senzorii optici captează radiațiile electromagnetice în regiunile vizibile, infraroșu apropiat (NIR) și infraroșu termic (TIR) ale spectrului electromagnetic. Aceștia oferă informații valoroase despre sănătatea culturilor, indicii vegetației și acoperirea terenului. Datele de detectare optică sunt de obicei obținute prin imagini din satelit sau fotografii aeriene.

2. Detecție multispectrală: Senzorii multispectrali captează date în mai multe benzi discrete din spectrul electromagnetic. Aceștia permit analiza unor lungimi de undă specifice relevante pentru sănătatea vegetației și monitorizarea culturilor. Datele multispectrale sunt utilizate în mod obișnuit pentru a calcula indici de vegetație precum NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) și EVI (Enhanced Vegetation Index) pentru evaluarea condițiilor culturilor.

3. Detecție hiperspectrală: Senzorii hiperspectrali captează date în sute de benzi spectrale înguste și contigue pe întreg spectrul electromagnetic. Această rezoluție spectrală ridicată permite analiza detaliată și identificarea materialelor specifice și a caracteristicilor vegetației. Datele hiperspectrale sunt valoroase pentru detectarea bolilor, evaluarea nutrienților și clasificarea detaliată a culturilor.

4. Detecție termică: Senzorii termici captează date în regiunea TIR a spectrului electromagnetic. Aceștia măsoară radiația emisă de obiecte, inclusiv culturi și sol, care este legată de temperatura acestora. Detectarea termică este utilă pentru evaluarea stresului hidric, detectarea eficienței irigării și monitorizarea stării de sănătate a culturilor pe baza variațiilor de temperatură.

5. Detecție radar: Senzorii radar utilizează radiații cu microunde pentru a penetra acoperirea norilor, vegetația și solul, permițând achiziția de date indiferent de condițiile meteorologice. Senzorii radar măsoară semnalul retrodifuzat, care oferă informații despre structura și conținutul de umiditate al culturilor și al terenului. Datele radar sunt valoroase pentru cartografierea topografiei, monitorizarea umidității solului și evaluarea etapelor de creștere a culturilor.

6. Detectare LiDARSenzorii LiDAR (Light Detection and Ranging - Detectarea și Telemetria Lumilor) emit impulsuri laser și măsoară timpul necesar pentru ca lumina reflectată să se întoarcă. Datele LiDAR oferă informații tridimensionale extrem de precise despre înălțimea culturilor, structura coronamentului și elevația terenului. Sunt utile pentru aplicațiile din agricultura de precizie, inclusiv estimarea înălțimii culturilor, modelarea terenului și caracterizarea coronamentului.

7. Vehicule aeriene fără pilot (UAV-uri)UAV-urile echipate cu diverși senzori, cum ar fi camere RGB, senzori multispectrali sau senzori termici, permit colectarea de date de înaltă rezoluție și flexibile la scară localizată. UAV-urile oferă informații detaliate și în timp util pentru monitorizarea culturilor, detectarea bolilor și practicile agricole de precizie.

Aceste diferite tipuri de tehnici de teledetecție oferă surse de date și capacități complementare, permițând o înțelegere cuprinzătoare a sistemelor agricole.

Prin integrarea și analizarea datelor din surse multiple, fermierii, agronomii și cercetătorii pot obține informații despre sănătatea culturilor, creșterea, starea nutrienților, gestionarea apei și alți factori esențiali care contribuie la o gestionare agricolă eficientă.

Tipuri de senzori

Senzori de diferite tipuri sunt utilizați împreună pentru a colecta diverse tipuri de informații pe suprafețe de teren cu dimensiuni fluctuante. Senzorii sunt clasificați în mod fundamental în tipurile lor logistice. Există senzori satelitari, senzori aerieni și senzori tereștri.

Acești senzori pot fi clasificați în continuare, cum ar fi senzorii de sol, și pot veni în diverse configurații. Există senzori de sol portabili, senzori de sol montați pe vehicule, cum ar fi cei montați pe tractoare, și senzori de sol independenți, care sunt de obicei montați pe stâlpi și copaci mai mari.

Senzori la sol sunt utilizate în mod obișnuit pentru verificarea nivelurilor de nutrienți, a conținutului de umiditate din sol și a vremii. Folosind aceste numeroase modificări privind utilizarea îngrășămintelor și a irigațiilor, se pot face pentru a menține un randament ridicat.

Următoarea categorie de senzori sunt senzorii aerieni. Prin disponibilitatea dronelor, senzorii aerieni au devenit destul de accesibili și accesibili.

Aceste senzori aerieni poate face imagini de înaltă rezoluție ale terenului, precum și poate colecta alte date de la senzori, navigând la altitudini joase pentru perioade mai lungi de timp deasupra culturilor. Datele colectate prin intermediul acestor senzori pot ajuta la detectarea buruienilor, estimarea randamentului și alte analize detaliate, cum ar fi măsurarea salinității solului și a conținutului de clorofilă.

Deși au devenit accesibile și la prețuri accesibile, sunt încă inoperabile pe vânturi puternice și vreme înnorată, ceea ce reprezintă un dezavantaj al utilizării lor.

Cea mai îndepărtată dintre toate platformele de senzori pentru imagistică este senzor satelit. Utilizarea sateliților pentru orice tip de imagistică a fost în mod tradițional destinată guvernelor și armatei. Utilizarea imaginilor satelitare în agricultură ajută la acoperirea unei suprafețe vaste de teren și poate ajuta la verificarea stării culturilor.

După un dezastru natural, acesta poate ajuta la calcularea pierderilor și la estimarea randamentului culturilor. Deși există multe avantaje ale utilizării datelor de la senzorii satelitari, există și multe avertismente asociate acesteia: pentru început, este scumpă și, chiar dacă punem deoparte costul, imagistica trebuie solicitată pentru o anumită perioadă de timp, de obicei cu câteva luni în avans.

Ceea ce ar putea fi în zadar dacă există acoperire cu nori în zona solicitată la momentul solicitat. Guvernele din întreaga lume au început să pună la dispoziția publicului imaginile din satelit, ceea ce ar putea facilita mult procesul în viitor.

Funcționarea senzorului

Prin identificarea culorilor dintr-un câmp de culturi, senzorii transmit informații care pot fi utile în deducerea stării de sănătate a unei plante. Privind culoarea plantei prin intermediul datelor precise furnizate de senzori, se pot măsura nivelurile de clorofilă ale unei plante, prin care un fermier poate determina orice lipsă de nutrienți sau o problemă cu sănătatea unei plante.

Datele simple pot fi extrase prin intermediul senzorilor de culoare obișnuiți, dar pentru a obține informații complexe se utilizează senzori în infraroșu și cu unde scurte.

Reflexia luminii de la frunze se modifică în spectrul infraroșu dacă frunza este deteriorată intern, acest lucru putând arăta și dacă nu există suficient conținut de apă. Unul dintre cele mai fiabile modele în teledetecția agricolă este cunoscut sub numele de indicele de vegetație diferențial normalizat sau NDVI..

Folosind senzori infraroșii și Red-Edge, modelul NDVI poate identifica cu ușurință culturile deteriorate, ceea ce oferă fermierilor mai mult timp de reacție pentru a lua contramăsuri eficiente pentru a salva culturile.

Acești senzori pot fi utilizați și pentru a verifica sănătatea solului și a măsura salinitatea acestuia. Solul cu substanțe sărate inutile va fi, în general, mai luminos în infraroșu, ceea ce poate ajuta la identificarea solului care necesită mai multă udare și tratare.

Utilizarea senzorilor termici poate ajuta la optimizarea sistemului de irigații. Căldura emisă de orice sursă este afișată ca o nuanță mai deschisă în domeniul infraroșu.

După irigații, un fermier poate trimite un senzor aerian cu infraroșu de lungă frecvență sau LWIR peste câmpurile sale pentru a verifica care regiuni radiază căldură din cauza sistemelor de apă deficitare, astfel încât problemele cu sistemul de irigații să poată fi remediate.

Senzorii satelitari pot acoperi o gamă largă de capacități. Deoarece pot ocoli condițiile climatice, sunt ideali pentru observarea horticolă. Pe lângă senzorii radar și microunde, GPS-ul sateliților oferă informații exacte despre locație, ceea ce este fundamental în noile inovații agricole, cum ar fi echipamentele agricole autonome și vehiculele agricole autonome.

Rolul și avantajele teledetecției și GIS în agricultură

Joacă un rol vital în agricultură, oferind informații și perspective valoroase care contribuie la îmbunătățirea gestionării culturilor, la creșterea productivității și la practici agricole durabile. Iată câteva moduri cheie în care teledetecția este importantă în agricultură:

Estimarea suprafeței semănate

Una dintre utilizările critice ale teledetecției în horticultură este evaluarea regiunii cultivate. Datele de la senzorii aerieni și satelitari oferă o analiză precisă a regiunilor cultivate și ajută la evaluarea riscurilor în cazul unui dezastru sau catastrofă.

Evaluarea sănătății culturilor

Permite fermierilor și agronomilor să monitorizeze sănătatea și vigoarea culturilor pe suprafețe extinse. Prin analizarea imaginilor din satelit sau aeriene, aceștia pot detecta semne timpurii de stres, deficiențe de nutrienți, focare de boli sau infestări cu dăunători. Acest sistem de avertizare timpurie permite intervenții la timp și tratamente specifice, reducând pierderile de culturi și optimizând alocarea resurselor.

Estimarea și prognoza randamentului

Datele, combinate cu modele statistice, pot ajuta la estimarea și prezicerea randamentelor culturilor. Prin analiza indicilor de vegetație și monitorizarea factorilor precum acoperirea coronamentului și biomasa, fermierii pot anticipa variațiile potențiale ale randamentului și pot lua decizii informate cu privire la recoltarea, depozitarea și comercializarea produselor lor.

Identificarea bolilor culturilor

Teledetecția GI în agricultură simplifică recunoașterea contaminărilor și a atacurilor dăunătorilor asupra culturilor pe suprafețe vaste încă din etapele inițiale. Acest lucru oferă producătorilor o oportunitate adecvată de a aplica orice contramăsuri pentru a proteja recoltele de pierderi enorme. Acest lucru devine posibil prin intermediul imagisticii și examinării prin satelit.

Proprietățile solului

Poate că elementul principal în asigurarea unui randament solid al recoltelor este suportul adecvat al solului. Acesta influențează direct recolta. Orice progresie în managementul fermei sau sistemul agricol provoacă modificări ale solului, care la rândul lor influențează capacitatea de producție a solului.

Caracteristicile, de exemplu, salinitatea solului, pH-ul solului, nivelul de substanțe organice și textura solului pot fi recunoscute folosind detectarea la distanță, iar datele respective pot fi analizate pentru a efectua orice tratament semnificativ al solului.

Cartografierea umidității solului oferă o evaluare precisă a conținutului de apă din sol, ceea ce poate ajuta la efectuarea oricăror îmbunătățiri ale structurii sistemului de irigații.

Managementul irigațiilor

Apa este o resursă critică în agricultură și joacă un rol crucial în optimizarea utilizării acesteia. Prin evaluarea nivelurilor de umiditate a vegetației și a ratelor de evapotranspirație, aceasta îi ajută pe fermieri să determine nevoile precise de apă ale culturilor lor.

Aceste informații le permit să implementeze strategii eficiente de irigații, reducând risipa de apă și asigurându-se că culturile primesc umiditate adecvată pentru o creștere optimă.

Impactul inundațiilor

Prin intermediul senzorilor satelitari și al datelor colectate de senzorii de la sol, se poate oferi o mulțime de informații concrete pentru a decide o evaluare precisă a pierderilor.

În caz de inundații cauzate de precipitații excesive, zonele de teren cu sisteme de drenaj deficitare sunt expuse riscului de inundații, ceea ce duce la pierderi semnificative de recolte și randament.

Evaluarea pierderilor poate ajuta la planificarea ulterioară a controlului daunelor și a contramăsurilor pentru menținerea pierderilor la minimum..

Modelare NATCAT

Teledetecția în agricultură poate ajuta la evaluarea și prognozarea pericolelor actuale de catastrofă naturală. Utilizând informațiile transmise de senzori și comportamentul riscurilor obișnuite.

TAceasta necesită cartografierea riscurilor și calcularea pericolelor prin estimarea pericolelor, care sunt finalizate prin modele de dezastre simulate pe PC.

Hărțile de teledetecție întocmite cu ajutorul informațiilor istorice și al informațiilor actuale colectate de la diverși senzori ajută la atribuirea zonelor cu risc ridicat de inundații cu indice de pericol ridicat.

Acest lucru ajută la agricultură, deoarece regiunile cu risc mai mare nu sunt plantate și sunt tratate pentru o mai bună protecție împotriva inundațiilor pentru sezonul următor.

Analiza imaginilor cu dronă pentru evaluarea pagubelor la culturi

Analiza imaginilor cu drona este utilizată în evaluarea pagubelor produse de grindină, numărarea copacilor și invazii agricole. Imaginile cu drona sunt la fel de precise ca rezoluția spațială de intrare. Aceasta poate fi mărită în funcție de cerințe.

Gestionarea nutrienților

Poate ajuta la evaluarea deficiențelor de nutrienți și la gestionarea practicilor de fertilizare. Prin analizarea modelelor de reflectanță spectrală, fermierii pot identifica zonele de pe câmp cu niveluri variabile de nutrienți.

Acest lucru permite aplicarea țintită a îngrășămintelor, reducând la minimum utilizarea excesivă și potențiala contaminare a mediului, maximizând în același timp absorbția nutrienților și productivitatea culturilor.

Evaluarea impactului asupra mediului

Oferă un mijloc de evaluare a impactului practicilor agricole asupra mediului. Ajută la monitorizarea eroziunii solului, evaluarea eficacității măsurilor de conservare și identificarea zonelor cu potențială poluare, cum ar fi scurgerea excesivă de îngrășăminte sau derivă de pesticide.

Aceste informații susțin implementarea unor practici agricole durabile, minimizând efectele negative asupra mediului și promovând sustenabilitatea agricolă pe termen lung.

Prin valorificarea puterii tehnologiilor de teledetecție, fermierii și profesioniștii din agricultură pot lua decizii mai informate, pot optimiza alocarea resurselor și pot implementa practici sustenabile. Acest lucru duce la creșterea productivității, la reducerea impactului asupra mediului și la îmbunătățirea securității alimentare, în cele din urmă beneficiind atât fermierii, cât și consumatorii.