Красноярские ученые помогают земледельцам получать высокие урожаи, внедряя в аграрное производство технологии дистанционного зондирования Земли. Они предложили аграриям собственные алгоритмы обработки данных по вегетационным индексам, температуре и осадкам.
Точно и оперативно
Для того чтобы получать хорошие урожаи, сельхозпроизводителям важно знать характеристики сельскохозяйственных земель, иметь на руках климатические данные по региону. Такая информация позволяет агрономам устанавливать сроки сева, отслеживать состояние культур и своевременно проводить технологические операции – подкормку, прополку, укосы и т. д. Раньше такие данные агроном получал непосредственно в поле, объезжая его, а то и обходя пешком. Но это долго, неэффективно, да и не все можно увидеть с земли. А вот с дрона, а тем более из космоса можно получить гораздо больше информации, и она будет точней. Поэтому на службу аграриям пришли методы дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).
Ученые опробуют их в опытно-производственных хозяйствах Красноярского научного центра СО РАН «Курагинское» и «Михайловское».
– Оперативность информации мониторинга, которую получают аграрные специалисты, – залог эффективности применения методов ДЗЗ в сельском хозяйстве, – считает Олег Якубайлик, кандидат физико-математических наук, заместитель директора Института вычислительного моделирования СО РАН. – Актуальные сведения о вегетационных индексах и климатических показателях сельскохозяйственных территорий мы получаем со спутников и при помощи аэрофотосъемки с беспилотников, также у нас на руках есть глобальные климатические модели с метеоинформацией и прогнозами погоды. Собирая, систематизируя и анализируя имеющуюся информацию, мы формируем программно-технологическую основу агропроизводства. Она помогает земледельцам принимать правильные решения как в части технологий, так и в части управления производством.
Что же может «увидеть» в поле агроном, вооруженный технологиями оперативного спутникового мониторинга? Многое. Например, заметить неоднородность растительного покрова, отследить изменение температур и количество выпавших осадков в течение вегетационного сезона. Это помогает ему оценить состояние сельскохозяйственных культур как в целом по хозяйству, так и на каждом поле в отдельности.
Подсказки с орбиты
Современные космические спутники, оснащенные мультиспектральными приборами, способны вести съемку в нескольких спектральных каналах, включая видимый и инфракрасный диапазоны, что позволяет вычислять различные вегетационные индексы: они используются специалистами для оценки состояния растительного покрова, мониторинга здоровья растений, определения фаз роста, а также для прогнозирования урожайности и выявления признаков деградации земель. Сегодня с помощью ДЗЗ можно выяснить даже содержание хлорофилла в листьях! И рассчитать необходимое количество удобрений. И, как было сказано выше, получить данные о температуре и осадках. Традиционно их берут с наземных метеостанций. Но Россия огромная страна, всю ее территорию невозможно покрыть сетью таких станций. И здесь на помощь приходят космические технологии – ученые используют погодные данные со спутников и метеоинформацию онлайн-сервисов глобальных климатических моделей.
С сантиметровой точностью
В ситуациях, когда спутниковая информация ограничена, например, при облачности, на помощь специалистам ДЗЗ приходят беспилотники. В отличие от спутников, беспилотники обеспечивают сантиметровую точность и позволяют создавать трехмерные модели рельефа. Совокупность современных технологий и подходов к обработке информации позволяет получить качественные прогнозы для аграриев.
На единой платформе
По территориям опытно-производственных хозяйств Красноярского научного центра СО РАН сформирован и постоянно обновляется архив многолетних спутниковых данных, благодаря которому можно не только отследить изменения, происходящие в пределах одного поля за один вегетационный сезон, но и провести сравнение полученных значений за несколько лет. Так, например, эксперты проанализировали распределение вегетационных индексов для одного из полей в опытном хозяйстве «Курагинское». В 2020 году на нем выращивали рапс, а в 2021 году – пшеницу. Карты индексов отразили пространственное размещение сельскохозяйственных культур и постепенное увеличение содержания хлорофилла с течением времени.
Красноярские ученые также работают над созданием программно-технологической платформы, которая будет собирать в единое целое различные базы данных о хозяйстве и позволит строить динамические графики для мониторинга вегетации на сельхозугодьях. Такая система даст возможность анализировать информацию с разных сторон и станет инструментом для принятия решений.
– При необходимости список вычисляемых показателей может быть расширен. В перспективе такая система сможет отслеживать показатели всей территории хозяйства в режиме реального времени. Наличие такой информации за несколько лет позволит сравнивать данные, выявлять схожие тенденции и на их основе делать прогноз развития посевов. Такой подход должен обеспечить нам значительное улучшение эффективности агропроизводства и повышение урожайности, – резюмирует Олег Якубайлик.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий»
