Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 24-32
Новые возможности автоматизации процесса обнаружения внутриполевой неоднородности по гиперспектральным снимкам и оптическим критериям
В.П. Якушев
1 , Е.В. Канаш
1 , В.В. Якушев
1 , Д.А. Матвеенко
1 , Д.В. Русаков
1 , С.Ю. Блохина
1 , А.Ф. Петрушин
1 , Е.П. Митрофанов
1 1 Агрофизический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 20.03.2019
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-24-32
Точное земледелие (ТЗ) ― мировой тренд адаптации агротехнологий к внутриполевой изменчивости условий формирования урожая. От возможности оценки степени неоднородности сельскохозяйственного поля зависит экономическая и экологическая эффективность применения ТЗ в производстве растениеводческой продукции. Очевидно, что с точки зрения такой зависимости первостепенное значение приобретает разработка методов обнаружения внутриполевой неоднородности и выделения границ её изменчивости на том или ином поле. В работе предложен соответствующий базовый алгоритм и приведена блок-схема его реализации. Обнаружение и выделение границ внутриполевой неоднородности основано на использовании гиперспектральных снимков, полученных в результате дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), и оптических критериев (индексов отражения), характеризующих специфические и неспецифические особенности спектральных показателей посева при воздействии различных стрессоров. Для демонстрации реализуемости алгоритма было изучено изменение оптических характеристик растений и получен конкретный перечень индексов отражения и набор количественных показателей по каждому критерию для оценки физиологического состояния яровой пшеницы при оптимальных условиях и дефиците азота и воды. Исследования проводились в контролируемых условиях с целью исключения воздействия на растения других неблагоприятных факторов среды. Существенные различия оптических характеристик растений, испытывающих дефицит азота и воды, являются надёжным обоснованием реализуемости предложенного алгоритма. Полученные результаты открывают новые возможности для автоматизации процесса дешифрирования спутниковых данных ДЗЗ, используемых в прецизионном сельскохозяйственном производстве, а также инициируют проведение научных исследований по поиску оптических критериев, позволяющих выявлять действие других стрессоров, угнетающих растения, и фиксировать границы их негативного влияния на заданном поле. Программная реализация алгоритма и использование информационного ресурса центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг», позволяющего осуществлять обработку и анализ данных ДЗЗ, в ближайшей перспективе будут способствовать существенному расширению возможностей применения нового метода для решения научных и практических задач точного земледелия.
Ключевые слова: точное земледелие, дистанционное зондирование, оптические характеристики растений, дефицит азота, водный дефицит, алгоритм выделения границ внутриполевой неоднородности
Полный текстСписок литературы:
- Блохина С. Ю. Применение дистанционного зондирования в точном земледелии // Вестн. российской с.-х. науки. 2018. № 5. C. 10–16.
- Буре В. М. Методологические аспекты статистического анализа в точном земледелии // Докл. российской академии с.-х. наук. 2007. № 6. С. 54–56.
- Буре В. М., Петрушин А. Ф., Якушев В. В. Автоматизированная система стохастического выделения однородных технологических зон на сельскохозяйственном поле по данным урожайности: св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 20008614663. Рег. 29.09.2008.
- Канаш Е. В., Якушев В. П., Русаков Д. В., Блохина С. Ю., Кравцова А. В. Оптические характеристики листьев яровой пшеницы при дефиците азота и воды // Вестн. российской с.-х. науки. 2017. № 4. С. 9–12.
- Лупян Е. А., Бурцев М. А., Прошин А. А., Кобец Д. А. Развитие подходов к построению информационных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 3. С. 53–66. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-3-53-66.
- Якушев В. П., Якушев В. В. Информационное обеспечение точного земледелия. СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2007. 384 с.
- Якушев В. П., Буре В. М., Якушев В. В. Выделение однородных зон на поле по урожайности отдельных участков // Докл. Российской академии с.-х. наук. 2007. № 3. С. 33–37.
- Drozdova I. S., Pustovoitova T. N., Dzhibladze T. G., Barabanshchikova N. S., Zhdanova N. E., Maevskaya S. N., Bukhov N. G. Endogenous control of photosynthetic activity during progressive drought: influence of final products of photosynthesis // Russian J. Plant Physiology. 2004. No. 51. P. 668–675.
- Kanash E. V., Osipov Y. A. Optical signals of oxidative stress in crops physiological state diagnostics // Proc. 7th European Conf. Precision Agriculture (ECPA). Wageningen, Netherlands, 2009. P. 81–89. DOI: 10.3920/978-90-8686-664-9.
- Nikolaeva M. K., Maevskaya S. N., Shugaev A. G., Bukhov N. G. Effect of drought on chlorophyll content and antioxidant enzyme activities in leaves of three wheat cultivars varying in productivity // Russian J. Plant Physiology. 2010. No. 57. P. 87–95.
- Yakushev V., Kanash E., Rusakov D., Blokhina S. Specific and non-specific changes in optical characteristics of spring wheat leaves under nitrogen and water deficiency // Advances in Animal Biosciences: Papers presented at the 11th European Conf. Precision Agriculture (ECPA). Edinburgh, UK, 16–20 July 2017. The Animal Consortium, 2017. V. 8. Special Iss. 2. P. 229–232. DOI: 10.1017/S204047001700053X.