Безпилотните летателни апарати (БПЛА) могат да носят различни сензори за дистанционно наблюдение, които могат да получават многоизмерна, високопрецизна информация за земеделските земи и да осъществяват динамично наблюдение на множество видове информация за земеделските земи. Такава информация включва главно информация за пространственото разпределение на културите (локализация на земеделските земи, идентифициране на видовете култури, оценка на площта и динамично наблюдение на промените, извличане на полевата инфраструктура), информация за растежа на културите (фенотипни параметри на културите, хранителни показатели, добив) и динамика на стресовите фактори за растежа на културите (влажност на полето, вредители и болести).
Пространствена информация за земеделските земи
Информацията за пространственото местоположение на земеделските земи включва географски координати на полетата и класификации на културите, получени чрез визуална дискриминация или машинно разпознаване. Границите на полетата могат да бъдат идентифицирани чрез географски координати, а площта на засаждане също може да бъде оценена. Традиционният метод за дигитализиране на топографски карти като базова карта за регионално планиране и оценка на площта е с ниска навременност, а разликата между местоположението на границата и действителната ситуация е огромна и липсва интуиция, което не е благоприятно за прилагането на прецизно земеделие. Дистанционното наблюдение с безпилотни летателни апарати (БПЛА) може да получи изчерпателна информация за пространственото местоположение на земеделските земи в реално време, което има несравнимите предимства на традиционните методи. Въздушните изображения от цифрови камери с висока разделителна способност могат да реализират идентифицирането и определянето на основна пространствена информация за земеделските земи, а разработването на технология за пространствена конфигурация подобрява прецизността и дълбочината на изследването на информацията за местоположението на земеделските земи и подобрява пространствената разделителна способност, като същевременно въвежда информация за надморската височина, което осъществява по-фин мониторинг на пространствената информация за земеделските земи.
Информация за растежа на културите
Растежът на културите може да се характеризира чрез информация за фенотипни параметри, хранителни показатели и добив. Фенотипните параметри включват растителна покривка, индекс на листната площ, биомаса, височина на растенията и др. Тези параметри са взаимосвързани и колективно характеризират растежа на културите. Тези параметри са взаимосвързани и колективно характеризират растежа на културите и са пряко свързани с крайния добив. Те са доминиращи в изследванията за мониторинг на информацията за фермите и са проведени още проучвания.
1) Фенотипни параметри на културите
Индексът на листната площ (LAI) е сумата от площта на зелените листа от едностранно на единица повърхност, която може по-добре да характеризира абсорбцията и използването на светлинна енергия от културата и е тясно свързана с натрупването на материал от културата и крайния добив. Индексът на листната площ е един от основните параметри на растежа на културите, които понастоящем се наблюдават чрез дистанционно наблюдение с безпилотни летателни апарати. Изчисляването на вегетационни индекси (индекс на съотношение на вегетация, нормализиран индекс на вегетация, индекс на вегетация, базиран на почвени условия, индекс на разлика в вегетацията и др.) с мултиспектрални данни и създаването на регресионни модели с данни от наземни данни е по-зрял метод за инвертиране на фенотипните параметри.
Надземната биомаса в късния етап на растеж на културите е тясно свързана както с добива, така и с качеството. Понастоящем оценката на биомасата чрез дистанционно наблюдение с безпилотни летателни апарати в селското стопанство все още използва предимно мултиспектрални данни, извлича спектрални параметри и изчислява вегетационен индекс за моделиране; технологията за пространствена конфигурация има определени предимства при оценката на биомасата.
2) Хранителни показатели за културите
Традиционното наблюдение на хранителния статус на културите изисква вземане на проби от полето и химичен анализ на закрито, за да се диагностицира съдържанието на хранителни вещества или индикатори (хлорофил, азот и др.), докато дистанционното наблюдение с безпилотни летателни апарати се основава на факта, че различните вещества имат специфични спектрални характеристики на отражение-абсорбция за диагностициране. Хлорофилът се наблюдава въз основа на факта, че има две силни области на абсорбция във видимата светлинна лента, а именно червената част от 640-663 nm и синьо-виолетовата част от 430-460 nm, докато абсорбцията е слаба при 550 nm. Характеристиките на цвета и текстурата на листата се променят, когато културите имат дефицит, а откриването на статистическите характеристики на цвета и текстурата, съответстващи на различни дефицити и свързани с тях свойства, е ключът към мониторинга на хранителните вещества. Подобно на мониторинга на параметрите на растеж, изборът на характерни ленти, вегетационни индекси и модели за прогнозиране все още е основното съдържание на изследването.
3) Добив на реколтата
Увеличаването на добива на културите е основната цел на селскостопанските дейности и точната оценка на добива е важна както за селскостопанското производство, така и за отделите, вземащи управленски решения. Многобройни изследователи са се опитали да създадат модели за оценка на добива с по-висока точност на прогнозиране чрез многофакторен анализ.
Селскостопанска влага
Влажността на земеделските земи често се наблюдава чрез термични инфрачервени методи. В райони с висока растителна покривка, затварянето на листните устици намалява загубата на вода поради транспирация, което намалява латентния топлинен поток на повърхността и увеличава осезаемия топлинен поток на повърхността, което от своя страна води до повишаване на температурата на короната, която се счита за температурата на растителния корона. Тъй като индексът на воден стрес отразява енергийния баланс на културата, той може да определи количествено връзката между съдържанието на вода в културата и температурата на короната, температурата на короната, получена от термичния инфрачервен сензор, може да отразява състоянието на влагата на земеделските земи; голата почва или растителната покривка в малки площи може да се използва за индиректно обръщане на почвената влага с температурата на подпочвения слой, което е принципът, че: специфичната топлина на водата е голяма, температурата на топлината се променя бавно, така че пространственото разпределение на температурата на подпочвения слой през деня може да се отрази индиректно върху разпределението на почвената влага. Следователно, пространственото разпределение на дневната температура на подпочвения слой може индиректно да отразява разпределението на почвената влага. При наблюдението на температурата на короната, голата почва е важен интерферентен фактор. Някои изследователи са изследвали връзката между температурата на голата почва и почвената покривка на културите, изясняват разликата между измерванията на температурата на короната на растенията, причинени от голата почва, и истинската стойност, и използват коригираните резултати при мониторинга на влагата в земеделските земи, за да подобрят точността на резултатите от мониторинга. В реалното управление на земеделското производство, изтичането на влага от полетата също е във фокуса на вниманието. Има проучвания, използващи инфрачервени камери за наблюдение на изтичането на влага от напоителните канали, като точността може да достигне 93%.
Вредители и болести
Използването на мониторинг на спектралното отражение в близката инфрачервена област на растенията се основава на: отражението на листата в близката инфрачервена област от гъбестата тъкан и контрола на тъканта на оградата. Здравите растения имат две тъканни празнини, запълнени с влага и разширяващи се, което е добър отражател на различни лъчи. Когато растението е повредено, листът е повреден, тъканта увяхва, водата намалява, инфрачервеното отражение намалява, докато не се загуби напълно.
Термичното инфрачервено наблюдение на температурата също е важен индикатор за вредители и болести по културите. При здрави растения, главно чрез контрол на отварянето и затварянето на устицата на листата чрез регулиране на транспирацията, се поддържа стабилността на собствената им температура; в случай на заболяване, ще настъпят патологични промени, взаимодействията патоген-гостоприемник върху растението, особено върху аспектите, свързани с транспирацията, ще определят повишаването и спадането на температурата в заразената част. Като цяло, чувствителността на растенията води до дерегулация на отварянето на устицата и по този начин транспирацията е по-висока в болната зона, отколкото в здравата зона. Интензивната транспирация води до понижаване на температурата в заразената зона и по-висока температурна разлика на повърхността на листа, отколкото в нормалния лист, докато се появят некротични петна по повърхността на листа. Клетките в некротичната зона са напълно мъртви, транспирацията в тази част е напълно загубена и температурата започва да се повишава, но тъй като останалата част от листа започва да се заразява, температурната разлика на повърхността на листа винаги е по-висока от тази на здраво растение.
Друга информация
В областта на мониторинга на информацията за земеделските земи, данните от дистанционното наблюдение с безпилотни летателни апарати (БПЛА) имат по-широк спектър от приложения. Например, те могат да се използват за извличане на информация от падналата площ на царевицата, използвайки множество текстурни характеристики, за отразяване на нивото на зрялост на листата по време на етапа на зрялост на памука, използвайки индекса NDVI, и за генериране на карти с предписания за приложение на абсцизова киселина, които могат ефективно да насочват пръскането на абсцизова киселина върху памука, за да се избегне прекомерното приложение на пестициди и т.н. В съответствие с нуждите на мониторинга и управлението на земеделските земи, неизбежна тенденция за бъдещото развитие на информатизираното и дигитализирано земеделие е непрекъснато да се изследва информацията от данните от дистанционното наблюдение с безпилотни летателни апарати и да се разширят областите на приложение.
Време на публикуване: 24 декември 2024 г.