Екомониторинг

Состояние всхожести сельскохозяйственных культур на территории Украины оставляет желать лучшего. Об этом говорят как государственные чиновники, так и объективные факторы природы: суровая затяжная зима, погодные условия нестабильной весны и т.д. Что делать в такой ситуации? как выстроить линию управления на полях с озимыми и другими культурами. Перепахивать или досевать, сколько закупать химии или просто оставить как есть – на все эти вопросы можно ответить, взглянув на культуры, непосредственно на поле. Возможно, ответить на вышеперечисленные вопросы можно, но только с большой долей ошибки. Что, возможно, повлечёт за собой ничем не оправданные траты, как во времени, та и в финансах.

Возможно, что ответы на эти вопросы могла бы дать дистанционная съёмка со спутника Земли. В недавнем прошлом Украина запустила спутник Сич-2м для наблюдения за окружающей средой на территории Украины. Модуль «Природа», который установлен на этом спутнике, призван помочь, в том числе фермерам в решении насущных проблем мониторинга. Однако, по нашему мнению в период весенних месяцев, т.е. в пик, когда необходима подобного рода информация приходится и пик облачности. В основном, это, конечно же, кучевые облака, которые обычно находятся на небольшой высоте. Это препятствует качественной съёмке со спутника в оптической и ближнем инфракрасном диапазонах. Убедится в этом можно, проанализировав ситуацию на рисунке 1. Не спасает ситуацию и съёмка в других диапазонах. Земля до вегетации растений, по разному прогревается, как благодаря климатическому фактору (облакам), так и антропогенному фактору (различной степени распаханности полей), поэтому общая картина территории съёмки получается искажённой.

Возможно ли получить действительно реальную картину состояния сельскохозяйственных культур на поле? Мы решили проверить, насколько достоверно можно проверить ситуацию на поле, либо с минимальными искажениями, либо ухудшениями качества съёмки, с помощью дистанционно пилотируемого летающего аппарата (ДПЛА). В качестве первого примера приведём поле озимой пшеницы, съёмка которого проводилась в конце марта 2012 г. Съёмка проводилась в 9.38 утра до начала появления ветра, под сплошной облачностью. На снимке отчётливо видны границы полей, которые поливаются с помощью поливочной техники класса «Фрегат», а также колеи технических тележек этой машины. Также отчётливо видны участки различной всхожести озимой пшеницы на ближней поле. На первый взгляд озимая пшеница имеет неравномерную всхожесть, и участки неправильной формы повсеместно по всему полю, на которых вообще отсутствует культура. Позже на поверку оказалось, что это результат поедания культуры семьями полевых грызунов (мышей). Озимая пшеница также имеет участок с вполне удовлетворительным результатом всхожести и началом вегетации (сплошной зелёный цвет) возле лесополосы.

Однако для визуализации и принятия решения по этому полю, информации явно мало. Выявить состояние самой культуры на снимке, который не обработан специальными спектральными инструментами проблематично. Поэтому снимок был обработан с помощью спектральных инструментов в Erdas Image 9.1. Среди выбора спектральных инструментов был выбран базовый набор, который по замыслу смог бы усилить контрастность снимка. Тем самым усиливаются контуры, имеющие различную спектральную яркость и цветовой диапазон (рисунок 3).
Результат применения этих инструментов показан на рисунке 3, который имеет явно более наглядный вид, по сравнению с предыдущим. На обработанном снимке теперь отчётливо видны контуры пятен осолонцевания (поле в правом верхнем углу снимка), пятна на углу поля (левая сторона центра снимка). Пятна осолонцевания под озимой пшеницей также нарушают рН баланс растений, что приводит к изменению цвета, от нормального зелёного к коричнево-зелёному и бледно-коричневому. Единственная полоска зелёного цвета наблюдается вдоль грунтовой дороги и лесополосы. Вероятно, из-за лесополосы произошло накопление снега, и, как следствие, увеличение влаги на этом участке.

p class=»MsoNormal» style=»text-align: justify; text-indent: 27.0pt;»>Отдельного внимания заслуживает микрорельеф на поле (см.рис. 4). Влага, естественным образом накапливаясь в этих микропонижениях поля, увлажняет верхний пахотный слой, который на снимке всегда имеет более тёмный цвет по сравнению с остальным цветом фона. Микропонижения легко идентифицировать по наличию растений в них, вегетация в микропониженях всегда начинается немного раньше, чем на остальной площади всего поля (рис.4). Однако позже (к середине июня, июля) пшеница в этих понижениях начинает вымокать и начинает тормозиться рост растений.

p class=»MsoNormal» style=»text-align: justify; text-indent: 27.0pt;»>Таким образом, аерофотосьёмка под облачностью возможна. Даёт положительный результат при анализе снимков. В этом случае обязательно необходимо проводить спектральный анализ и усиление контрастности снимка для улучшения визуального восприятия и поддержке принятия решения. Однако были установлены и некоторые ограничения на проведения съёмки. Резкие порывы ветра, скорость которого достигала до 15 м/с, резко меняя направления, это негативно сказалось на взлётах/посадках ДПЛА. Поэтому проведение съёмки необходимо проводить в первую половину дня.