Μια νέα εποχή στην τηλεπισκόπηση καλλιεργειών με μη επανδρωμένα ρομπότ

Από RemoteSensing Wiki

Μια νέα εποχή στην τηλεπισκόπηση καλλιεργειών με μη επανδρωμένα ρομπότ

Πηγή: ResearchGate [1]

Πρωτότυπος τίτλος: A new era in remote sensing of crops with unmanned robots

Συγγραφείς: Pablo J. Zarco-Tejada, J. A. J. Berni, L. Suárez, and E. Fereres

Λέξεις κλειδιά: Τηλεπισκόπηση, Μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα, Γεωργία ακριβείας

Αντικείμενο Eφαρμογής

Η εφαρμογή γεωργίας ακριβείας με τη σύζευξη μικρών πολυλειτουργικών αισθητήρων επί των μη επανδρωμένων εναέριων ρομπότ καθοδηγούμενων από αυτόνομα συστήματα πλοήγησης.

Εισαγωγή

Η τεχνολογία και οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης προτάθηκαν ως λύση για περιβαλλοντικά προβλήματα, διότι θα μπορούσαν να παρακολουθούν συνεχώς την επιφάνεια της γης. Οι σημερινές εφαρμογές στη γεωργία ακριβείας περιορίζονται σε μεγάλους δορυφορικούς αισθητήρες χωρικής λύσης που παρέχουν χονδροειδές φασματικό ψήφισμα και αραιά δειγματοληπτικούς χρόνους επανάληψης. Οι βασικοί περιορισμοί για την επιτυχή εφαρμογή της τηλεπισκόπησης στη γεωργία ακριβείας περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, πολύ υψηλή χωρική ανάλυση (μεγέθη εικονοστοιχείων <1m), πρόσβαση σε ορατές, σχεδόν υπέρυθρες και θερμικές φασματικές ζώνες και χρήση εύρους ζώνης που επιτρέπει την εκτίμηση βασικών βιοφυσικών παραμέτρων καλλιέργειας όπως η συγκέντρωση της χλωροφύλλης a και b, της ξανθοφύλλης, των καροτενοειδών, των ανθοκυάνων, του νερού και της ξηράς ύλης, καθώς και ο δείκτης περιοχής φύλλων και η θερμοκρασία καλλιέργειας. Η διαθεσιμότητα της απεικόνισης σε κρίσιμα καλλιεργητικά σφαιρικά στάδια σε συνδυασμό με τους γρήγορους χρόνους ανάκαμψης είναι ένας επιπλέον βασικός παράγοντας. Ο συνδυασμός όλων αυτών των παραγόντων δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί με τους σημερινούς δορυφορικούς αισθητήρες οπότε, οι εφαρμογές τηλεπισκόπησης στη γεωργία περιορίζονται σε μελέτες «επίδειξης» σε ειδικούς πειραματικούς τομείς που χρησιμοποιούν αερομεταφερόμενους αισθητήρες υψηλής ανάλυσης, σε ταξινόμηση των καλλιεργειών για σκοπούς απογραφής και μελέτες σχεδιασμού.

Δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI)

Οι τρέχουσες μέθοδοι για την απομακρυσμένη ανίχνευση της κατάστασης της φυσιολογίας φυτού βασίζονται σχεδόν αποκλειστικά σε έναν κανονικοποιημένο δείκτη που υπολογίζεται στο ορατό και κοντά στην εισερχόμενη φασματική περιοχή και λαμβάνεται από δορυφορικούς αισθητήρες. Αυτός ο δείκτης σχετίζεται στενά με τη δομή του κελύφους, αλλά δεν είναι ευαίσθητος είτε στη συγκέντρωση φωτοσυνθετικών χρωστικών ουσιών είτε στη φυσιολογική διαδικασία.

Μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα

Οι στόχοι στην παρακολούθηση των καλλιεργειών στοχεύουν στην εκτίμηση της φωτοσυνθετικής και μη φωτοσυνθετικής απορρόφησης φωτός και στην ανίχνευση της φθορίζουσας χλωροφύλλης και της θερμικής εκπομπής της βλάστησης που συνδέεται με τη διαπνοή και την ατομική αγωγιμότητα της βλάστησης. Οι βασικές αυτές επιστημονικές ιδέες περιορίζονται λειτουργικά στη γεωργία ακριβείας λόγω τεχνικών περιορισμών. Οι πρόοδοι στην ποσοτική τηλεπισκόπηση για τη γεωργία ακριβείας επικεντρώνονται στη σύζευξη μικρών υπερφασματικών και θερμικών αισθητήρων επί του σκάφους εναέριων ρομπότ καθοδηγούμενων από αυτόνομα συστήματα πλοήγησης. Το νέο αυτό πρότυπο θα καταστήσει δυνατή την συχνή και αποδοτική παρακολούθηση των γεωργικών περιοχών με βάση το κόστος, επιτρέποντας έτσι εκτιμήσεις των παραμέτρων των καλλιεργειών που είναι επί του παρόντος αδύνατο να αποκτηθούν από δορυφορικούς αισθητήρες. Ανιχνευτές τηλεπισκόπησης σε μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV) θα μπορούσαν να καλύψουν αυτό το κενό, παρέχοντας προσεγγίσεις χαμηλού κόστους για να ικανοποιήσουν τις κρίσιμες απαιτήσεις υψηλής χωρικής, φασματικής και χρονικής ανάλυσης.

Χρήσεις μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων

Στην εικόνα 1 φαίνεται η δημιουργία ποσοτικών προϊόντων τηλεπισκόπησης χρησιμοποιώντας μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV) εξοπλισμένα με φθηνούς αισθητήρες θερμικής και στενής ζώνης πολλαπλής δέσμης απεικόνισης, αποκτώντας απεικόνιση <15cm και 10nm πλήρες πλάτος στο μισό μέγιστο. Η αντανάκλαση της επιφάνειας και η θερμοκρασία μπορούν να ληφθούν μετά από ατμοσφαιρικές διορθώσεις, χρησιμοποιώντας θερμική απεικόνιση για ανίχνευση τάσεων ως συνάρτηση της άρδευσης και της διαθεσιμότητας νερού (εικόνα 2) . Είναι δυνατή η εκτίμηση των βιοφυσικών παραμέτρων όπως ο φυσιολογικός δείκτης ανίχνευσης τάσεων ως συνάρτηση της απορρόφησης ξανθοφύλλης (εικόνα 3) και της περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη (εικόνα 4) , σε συνδυασμό με φυσικά μοντέλα. Στην εικόνα 5 φαίνεται η ανίχνευση διαρροών νερού σε αρδευόμενους οπωρώνες χρησιμοποιώντας θερμική απεικόνιση υψηλής ανάλυσης από πλατφόρμα UAV σταθερής πτέρυγας.

Συμπεράσματα

Η αερομεταφερόμενη τηλεπισκόπηση έχει αποδείξει τις δυνατότητές της, οι περιορισμοί για την πραγματική εφαρμογή οφείλονται στο κόστος εκστρατειών απεικόνισης με αεροσκάφη πλήρους μεγέθους και στις οικονομικές και τεχνικές δυσκολίες που συνδέονται με την συχνή απόκτηση εικόνων. Ο δείκτη φυλλικής επιφάνειας, η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη, η ανίχνευση υδάτινου στρες από τον δείκτη φωτοχημικού αντανακλαστικού και η θερμοκρασία του εδάφους και οι εφαρμογές όπως η ανίχνευση διαρροών νερού στις αρδευόμενες εκμεταλλεύσεις αποδεικνύουν ότι τα χαμηλού κόστους συστήματα μη επανδρωμένων οχημάτων (UAV) για εφαρμογές γεωργίας ακριβείας αποφέρουν συγκρίσιμα (αν όχι καλύτερα) αποτελέσματα από τους παραδοσιακούς επανδρωμένους αερομεταφερόμενους αισθητήρες.