Қазақстан республикасы ауыл
жүктеу/скачать 5,46 Mb. Pdf көрінісі
|
СЧ 2023 том 1 часть 2
| УДК 631.171
МОНИТОРИНГ И ОЦЕНКА NDVI ИНДЕКСА РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПРИМЕНЕНИЕМ БПЛА Даманский Р.В., Чекусов М.С., Е.М. Михальцов Е.М., Шмидт А.Н., Кем А.А. ФГБНУ «Омский аграрный научный центр» г. Oмcк, Россия Введение Одним из главных результативных цифровых модернизаций научного учреждения ФГБНУ «Омский аграрный научный центр» является внедрение технологии оценки нор- мализированного относительного индекса растительности – NDVI(NormalizedDifference VegetationIndex) [1,2]. Ключевые слова: цифровизация, информационные технологии, программное обеспе- чение (ПО), автоматизация, индекс NDVI, агропромышленный комплекс. Материалы и обсуждение Технология применения БПЛА в растениеводстве широко известна. Использование этой технологии для контроля состояния и оценки следующих параметров [3,4]: - мониторинг состояния агрокультур; - мониторинг наличия развития сорных растений, вредителей, болезней агрокультур; - мониторинг урожайности агрокультур. Приведенные параметры оцениваются фоточувствительными датчиками установлен- ных на БПЛА [5,6]. Таким образом, оценка нормализированного относительного индекса растительности NDVIпроисходит следующим образом: Отражающийся с поверхности листьев растений, солнечный свет попадает в объек- тив фоточувствительных датчиков. Волны красного диапазона света поглощаются с интенсивностью в зависимости от площади поверхности листвы и количества в них хлорофилла. Ближние инфракрасные волны отражаются. Полученные снимки сфоточувствительных датчиков фотокамеры БПЛА обрабатываются программным обеспечением типа AgisoftPhotoscan, установлен- ном на ПК. Вычисление индекса NDVI, как разность значений отражения в ближней инфракрас- ной и красной областях спектра, деленная на их сумму, выполняется по следующей фор- муле [7,8]: где NIR = спектральная яркость в ближнем ИК диапазоне длин волн; RED = спектральная яркость в красном диапазоне длин волн. , 34 Рисунок 1 – Пример отражения спектральной яркости от состояния растений Материалы и методы Для проведения испытаний нормализированного относительного индекса раститель- ности NDVI выбран участок, на котором возделывается пшеница твёрдых сортов. Уча- сток расположен в Западной Сибири Омской области на базе ФГБНУ «Омский аграрный научный центр». Проведение испытанийв 2022 году. Методика проведения испытанийв- ключала [9,10,11]: 1. Фотофиксация опытного поля посредством квадрокоптера типа DJI Mavic AIR, с монтированными фоточувствительными датчиками. Интервал фото-фиксации начинали с момента снеготаяния и до завершения уборочной кампании (март – сентябрь). 2. На протяжении вегетации проводили мониторинг состояния растительности вы- ращиваемой культуры. 3. Фотоотчёт включал в себя изображения с фоточувствительно й камеры, обрабо- танные с помощью программного обеспечения растровых систем AgisoftPhotoscan, уста- новленных на ПК. 4. Полученное со снимков спектральное отражение солнечного света в красном (RED) и инфракрасном (IR) каналах индексировали по шкале NDVI (Рис.2), тем самым устанав- ливали состояние выращиваемой культуры, её засоренность и интенсивность развития. плотность растительности и динамику её развития. 5. По завершению анализа состояния агрокультуры устанавливали заключение о со- стоянии выращиваемых культур, статус растительности (пожелтевшие листья, дефицит влаги, засоренность поля сорными растениями, наличие болезней, вредителей). Просчи- тывали область поврежденных культуры в % [12]. Дальнейшее прогнозирование состо- яния выращиваемой культуры позволило подобрать цепочку технологической операции для своевременного воздействия на повышение качества урожая. Рисунок 2 – Один из типов дискретной шкалы NDVI для мониторинга состояния выращиваемых культур 35 Результаты По результатам проведенных исследований нормализированного относительного ин- декса растительности NDVI возделываемой культуры пшеницы твердых сортов, было установлено состоянии опытного поля в следующих диапазонах: - нет наличия растительности - индекс NDVI <0,1; - сравнительно небольшие всходы агрокультуры (3-6 см) с разреженностью, -индекс NDVI в диапазоне 0,1 - 0,3; - оптимальное здоровье растительности, индекс NDVI 0,3 – 0,4; - лесная растительность, NDVI 0,5 - 0,7. Приведенные результаты испытаний применения БПЛА для оценки индекса NDVIпо времени развития агрокультуры получена диаграмма (Рис.3). Рисунок 3 – Зависимость индекса NDVI за каждый месяц сезона вегетации выращиваемой культуры Полученная диаграмма позволяет оценить изменение индекса растительности с на- чала снеготаяния, при котором на фотоснимках тёмный оттенок почвы (март-апрель). Индекс NDVI минимален, и составляет не более 0,1. При появлении всходов (3-6 см) агрокультуры наблюдается повышение индексаNDVI. При самом интенсивном развитии агрокультуры индекс свыше 0,4. При наличии локаль- ных точек, называемых «проплешинами» (Рис.2) индеек указывает на участки, поражен- ные сорными растениями. Ухудшение качества почвы вследствие. Что говорит оизбыточ- ном внесениихимических удобрений. Заключение 1.Испытания применения БПЛА для мониторинга агрокультурпшеницы твёрдых со- ртов позволил оценить: - мониторинг состояния агрокультур; - мониторинг наличия развития сорных растений, вредителей, болезней агрокультур; - мониторинг урожайности агрокультур. 2. Приведенная методика оценки нормализированного относительного индекса рас- тительности (индекса NDVI), позволила вести мониторинг состояния вегетационных культур. Мониторинг состояние агрокультуры позволил предупредить возникновение сорных растений, вредителей, болезней, и подобрать цепочку технологическую цепочку для оперативноговоздействия на оптимизацию качества урожая. 4. Приведен качественный анализ диапазона индекса NDVI за каждый месяц вегета- ции агрокультуры (Рис.3). |