Для каждого агронома и фермера первостепенной задачей, является получение качественного и объемного урожая. Для достижения этого результата применяют разнообразные методики точного земледелия, среди которых особой популярностью пользуется индекс NDVI. Он позволяет спрогнозировать объемы урожая и максимально точно оценивать реальное состояние подрастающих растений.
Индекс NDVI: что это?
Востребованный в сельском хозяйстве нормализованный вегетационный индекс (NDVI) – представляет собой показатель актуального состояния культурных и сорных растений, который определяется путем вычисления данных, полученных на основании отражения и поглощения листьями разных типов световых волн.
Здоровые растения имеют свойство пропускать красный свет и отражать зеленый. Если сравнивать данные по каждому отражению инфракрасного спектра, то в результате получим NDVI – показатель актуального состояния роста и здоровья растений, указывающий на аномальные зоны полей.
Индекс NDVI определяется значениями, интервал которых находится в диапазоне от -1 до +1. Чем больше зеленой массы растений, тем ближе к положительной единице будет NDVI. Этот показатель является относительным, так как он не отображает абсолютных значений объемов растений, но по полученным данным можно детально оценить, как развивается посев и спрогнозировать его будущую урожайность. Необходимо учитывать, что NDVI может меняться в течение всего сезона возделывания и его показатели при начальном росте, периоде цветения и созревания, будут сильно отличаться. Так, наиболее активный рост индекса NDVI наблюдается во время сезона вегетации, в момент цветения его увеличение замедляется и останавливается, и постепенно при созревании индекс снижается.
Скорость развития массы может отличаться в зависимости от плодородности почвы, используемой технологии возделывания, метеорологических условий. Поэтому усредненные значения NDVI позволяют производить сравнение качества посевов на разных полях. Самым точным прогноз будет при определении индекса NDVI в период прохождения пика данных, который, как правило, приходится только на периоды колошения и составляет 0.80–0.88. Имея показатели по урожайности сорта, по этим параметрам можно спрогнозировать какой будет ее максимальное значение в итоге. Например, в момент колошения озимой пшеницы NDVI достигает не более 0.65, тогда прогнозируемая урожайность будет ниже максимально допустимых значений на 25 или 30%. То есть, для того чтобы получить предварительные данные по объему урожая, которого можно достичь в результате уборки посевов, нужно знать показатели потенциальной урожайности определенного сорта и индекс NDVI в фазу активного развития листьев (колошения).
Преимущества использования данных индекса NDVI
Главным преимуществом NDVI, является то, что он позволяет дать качественный прогноз с диапазоном отклонений от фактических данных от 4 до 20%. Но, такие показатели не являются серьезной погрешностью и другие способы прогнозирования сильно уступают в точности индексу NDVI. Помимо этого, к преимуществам относится и возможность потенциально повысить урожайность, за счет выполнения следующих задач:
· определения состояний растений, которые визуально незаметны;
· выделения проблемных участков уже на ранних этапах вегетации;
· планирования методов обработки посевов: пересева, дополнительной подпитки;
· вычислять огрехи работы механизаторов,
· определять появление сорных растений, сразу после проведения посева, так как сорняки активнее набирают массу, и они хорошо отображаются на спектре;
· анализировать какие точно растения возделывались в предыдущие периоды, и какие растут сейчас;
· точечно применять фосфорные, калийные, азотные удобрения, на основе определения проблемных зон посредством NDVI и последующего забора почвы на анализ;
· своевременно идентифицировать болезни и вредителей в период, когда повреждения еще не заметны визуально.
Преимущества использования БПЛА перед другими способами создания карт NDVI
NDVI растений можно измерять с помощью спутниковых данных и наземных методов с применением оптических датчиков. Но, наиболее востребованным и эффективным вариантом, является аэрофотосъемка с БПЛА. Использование наземных методов для определения индекса NDVI, требует большого количества времени и внушительных финансовых затрат. На снимках, получаемых со спутника, на один пиксель приходится большая территория, в которую включается как поле, так и ее пределы, особенно при обработке рельефа сложной конфигурации. В этом случае, программой будет присвоен средний индекс с большой погрешностью в результатах.
В отличие от перечисленных методик, беспилотники позволяют получать максимально качественные снимки, пиксели которых будут в десятки раз мельче, чем изображения из космоса. Только с применением БПЛА можно будет обследовать большие территории и за короткое время получить информацию с минимальным уровнем погрешности индекса NDVI, позволяющие определить даже мелкие проблемные очаги. Использование БПЛА для определения NDVI – это:
· максимальная детальность изображений с качеством от 5 до 10 см/пиксель;
· возможность проведения работ в условиях плотной облачности;
· высокая производительность, так как беспилотник может обрабатывать до 5 тыс. га в зависимости от используемой модели аппарата;
· повышение урожайности путем проведения мероприятий на основе выявленных проблем.
В результате обследования своих полей с помощью БПЛА вы сможете определить используете ли вы всю принадлежащую вам площадь. Нередко при облетах выявляются незадействованные участки. По нашему опыту прирост площади в таких случаях может составлять 5%.
Помимо индекса NDVI по результатам проведенных работ можно получить снимки, выполненные в естественной цветовой шкале, а также изготовить ортофотоплан, определить параметры рельефа местности и др.
Этапы работы и используемое оборудование
Определение индекса NDVI осуществляется с применением:
· Геодезического GNSS оборудования
· мультиспектральной камеры Parrot Sequoia, используемой для получения индекса NDVi
Последнее устройство оснащается высокочувствительным сенсором освещенности, благодаря чему камеру можно использовать для работы даже в пасмурную погоду. Для получения качественного изображения, съемка полета производится на высоте около 300-700 метров. Мощности оборудования позволяют обследовать за один рабочий день поле площадью 5 тыс. га.
Работа по определению NDVI проводится в несколько этапов:
Так как возможности применяемых устройств, не позволяют отличить культуры внутри одной группы растений, то первоначально производится калибровка по каждому сорту.
Получение разрешения на полеты в воздушного пространства над полем
Проводится расстановка геодезических меток для дальнейшего планово высотного обоснования.
Производится облет поля по всей его площади с одновременной регистрацией информации о координатах центров каждой фотографии с помощью геодезического GNSS-приемника.
После облета, данные обрабатываются с помощью специального программного обеспечения.
Создается карта, позволяющая визуально определить различия в состоянии растений, благодаря использованию цветовой схемы – от светлых тонов при низком индексе, до темного цвета при высоких показателях NDVI.
Где применяется?
Карта с данными NDVI может использоваться как самостоятельно, так и в системе управления хозяйственным производством. Наиболее востребованным вариантом его использования, являются большие площади сплошного сева зерновых растений и пропашных культур. Незаменимой методика определения индекса NDVI, считается при определении состояния посевов на местности со сложным рельефом и присутствием прочих объектов природного и неприродного происхождения. Например, при выявлении индекса NDVI четко определяются такие искусственные материалы, как асфальт и бетон, а также естественные водные источники, участки со снежным покровом, разряженных растений и открытой почвой.
Результаты исследования
В результате проведенного исследования, заказчик получает визуальную карту местности, карту с индексом NDVI и детальный ортофотоплан поля, где отображаются данные в цифровых и графических форматах. Все показатели предоставляются с географической точечной привязкой, выполненной в формате KMZ или geoTIF. По требованию заказчика, результаты могут включать в себя и другие форматы SHP, JPG и пр.
