Τηλεπισκόπηση της Βλάστησης με διάφορες τεχνικές για την ορθή στάγδην άρδευση
Από RemoteSensing Wiki
Περίληψη: Η βλάστηση αποτελεί το ζωτικό θεμέλιο όλων των ζωντανών οργανισμών. Για την ανάπτυξή της απαιτείται συστηματική άρδευση. Η εφαρμογή της στάγδην άρδευσης είναι πολύ συμφέρουσα . Έχει διαπιστωθεί ότι έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι στάγδην άρδευσης που είναι πολυτελείς και ασύμφοροι για να αξιοποιηθούν. Η εξ αποστάσεως παρακολούθηση των καλλιεργειών , ενσωματωμένη με το σύστημα άρδευσης είναι σημαντική για έναν αγρότη γιατί εξοικονομεί ενέργεια, χρόνο και χρήματα και παράλληλα μειώνει τις ανάγκες σε νερό .Για την επιλογή του καλύτερου προγράμματος στάγδην άρδευσης, αυτή η επιστημονική προσέγγιση αξιοποιεί το τεστ του εδάφους σε ότι αφορά την περιεκτικότητα σε νερό, την χημική του σύσταση και την αλατότητα καθώς και όλα τα δεδομένα που αναφέρονται στις απαιτήσεις σε λίπασμα με βάση τα στοιχεία που συλλέγονται και επεξεργάζονται με ασύρματο δίκτυο . Η τηλεπισκόπηση αντικαθιστά ένα ακριβό και βραδύ σύστημα συλλογής δεδομένων επί τόπου , αιτιολογώντας και διασφαλίζοντας και τις περιπτώσεις εκείνες που εκτάσεις ή αντικείμενα δεν ανιχνεύονται με αυτή την διαδικασία. Η οπτική & Μικροκυματική Τηλεπισκόπηση επηρεάζεται λιγότερο από το κλίμα το χρόνο και το σύστημα μέτρησης σε μεγάλη κλίμακα. Οι ραδιομετρικές μετρήσεις -παρατηρήσεις επίσης μπορούν να επανεξετάζονται και αναθεωρούνται. Τα αποτελέσματα συλλέγονται μέσω της κατευθυνόμενης ανάκλασης και προσομοιώνονται μέσω ενός συστήματος διπλής κατεύθυνσης σε συνάρτηση κατανομής (BRDF) που αποκτάται από την υψηλή συχνότητα πολυ γωνιακών φασματικών παρατηρήσεων. Με αυτή την μοναδικότητα, η τεχνική αυτή γίνεται ένα πολύτιμο μέσο για την παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους. Τα αποτελέσματα αποτυπώνονται σε έγγραφο που είναι σε συμφωνία με τα διάφορα σύστημα παρακολούθησης και προτείνει ένα πρότυπο αυτόματο σύστημα παρακολούθησης χρησιμοποιώντας ασύρματο δίκτυο αισθητήρων (WSN), καθώς και διάφορες τεχνικές τηλεπισκόπησης για το έδαφος και τη βλάστηση, χαρακτηριστικά που θα βοηθήσουν τον γεωργό για να επιτευχθεί πρόοδο της απόδοση.
Βασική μεθοδολογία
Τη βελτίωση της γεωργίας εξαρτάται από διάφορες περιβαλλοντικές παραμέτρους, όπως η θερμοκρασία και υγρασία του εδάφους η σχετική υγρασία, το pH του εδάφους , η ένταση του φωτός, η λίπανση του εδάφους, κλπ. Τυχόν μικρές αλλαγές σε οποιαδήποτε από αυτές τις παραμέτρους μπορεί να προκαλέσει προβλήματα, όπως ασθένειες, ακατάλληλη ανάπτυξη των φυτών, κ.λπ., με αποτέλεσμα την μικρότερη απόδοση. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές με χρήση της τηλεπισκόπησης για τον υπολογισμό της επιφανειακής υγρασίας με αισθητήρες επί του αγρού & εκτός πεδίου ως εξής:
1. Zigbee / HotSpot
Αποτελείται από διαφορετικούς τύπους μονάδων ανιχνεύσεως όπως αισθητήρα υγρασίας εδάφους ,αισθητήρα θερμοκρασίας, αισθητήρα υγρασίας περιβάλλοντος, αισθητήρα ρυθμιστή πίεσης μικροσκοπικό αισθητήρα για την παρακολούθηση της ανάπτυξη των καλλιεργειών, ψηφιακή φωτογραφική μηχανή με δυνατότητα παρακολούθησης και λήψης φωτογραφιών για τη μέτρηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών. Τα δεδομένα των αισθητηρίων μέσω ειδικών μετατροπέων μετά από αλλεπάλληλες μετατροπές από ψηφιακό σε αναλογικό και πάλι σε ψηφιακό σύστημα μεταφέρονται σε ειδικό επιλογέα δεδομένων (Multiplexer) με ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. ZigBee ή Hotspot είναι οι μονάδες που χρησιμοποιούνται για την ασύρματη μεταφορά δεδομένων καθώς και για την λήψη των στοιχείων από την μονάδα ελέγχου.Η μονάδα ελέγχου αποτελείται α)από έναν καταγραφέα δεδομένων που αποτυπώνει πληροφορίες που συνδέονται με την ημερομηνία και την ώρα, και που πρέπει να αποθηκεύονται σε έναν υπολογιστή για ευέλικτη και λεπτομερή ανάλυση των δεδομένων και β)από ένα διαχωριστή (Demultiplexer) που διαχωρίζει τις συνδιασμένες πληροφορίες και τροφοδοτεί ξεχωριστούς ενεργοποιητές, όπως την αντλία για την στάγδην άρδευση, αντλία παροχής , αντλία για το λίπασμα με παράλληλο έλεγχο της ταχύτητας της αντλίας, τον έλεγχο των εισροών λιπασμάτων από τη δεξαμενή κ.λπ.( σχ1 και 2)
2. Dicke Ραδιόμετρο
Για την τυποποίηση σε επιφάνεια εδάφους των διαφόρων παραμέτρων των φύλλων μιας καλλιέργειας , χρησιμοποιείται ένα σύστημα ραδιόμετρου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί όπως περιγράφεται στο ακόλουθο διάγραμμα. Διάφορα φύλλα τοποθετούνται και καταγράφονται από Dicke Ραδιόμετρο και λαμβάνονται μετρήσεις χωρίς φύλλα και επίσης με διάφορα φύλλα. Αυτό το σύστημα που γίνεται σε εργαστήριο ( Lab) μπορεί να προσαρμοσθεί σε μεγέθη εδάφους και να χρησιμοποιηθεί στον τομέα των γεωργικών εκμεταλλεύσεων, όπως και όταν απαιτείται(σχ3)
3.Οπτικός τομέας
Η Οπτική τηλεπισκόπηση κάνει χρήση του ορατού, εγγύς υπέρυθρου και υπέρυθρων αισθητήρων βραχέων κυμάτων για να σχηματίσουν εικόνες της επιφάνειας της γης με την ανίχνευση της ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλάται από τους στόχους (χρήσεις γης) στο έδαφος. Διαφορετικά υλικά αντανακλούν και απορροφούν με διαφορετικό τρόπο σε διαφορετικά μήκη κύματος. Έτσι, οι στόχοι μπορούν να διαφοροποιηθούν με τις φασματικές υπογραφές ανακλαστικότητας τους στις τηλεπισκοπικές εικόνες. Οπτικά συστήματα τηλεπισκόπησης ταξινομούνται στις εξής κατηγορίες, ανάλογα με τον αριθμό των φασματικών ζωνών που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία απεικόνισης. • Πανχρωματικό σύστημα απεικόνισης: • Πολυφασματικό σύστημα απεικόνισης • Super φασματικό σύστημα απεικόνισης • Hyper φασματικό σύστημα απεικόνισης (έχουν δυνητικές εφαρμογές σε τομείς όπως η γεωργία ακριβείας) O πιο πρακτικός, αντικειμενικός και οικονομικά αποδοτικός τρόπος για την παρακολούθηση της βλάστησης από τοπικό σε παγκόσμιο επίπεδο αποτελεί η χρήση των τεχνολογιών γεωσκόπησης. Διαφορετικοί αισθητήρες είναι σήμερα σε δορυφόρους γεωεπισκόπησης και μπορούν να χρησιμεύσουν για την παρακολούθηση του διαθέσιμου νερού στην βλάστηση. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να διαχωριστούν στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες Η/Μ φάσματος: Ορατό σε συμβατικά συστήματα θέρμανσης (SWIR) ,το θερμικό υπέρυθρο , και το ραντάρ. Παρέχουν επίσης πληροφορίες σχετικά με την περιεκτικότητα των φυτών σε χλωροφύλλη , τον δείκτη φυλλικής επιφάνειας την εξατμισοδιαπνοή και την διηλεκτρική σταθερά. Με ανωτέρω μέθοδο μπορεί να εκτιμηθεί τόσο η περιεκτικότητα σε νερό των φύλλων όσο και η υγιής ανάπτυξη των φυτών.( Σχ.4)
4. Πολύ -γωνιακό φασματοραδιόμετρο
Μια άλλη τεχνική της τηλεπισκόπησης είναι η φασματική ανάλυση με τη χρήση διαφόρων γωνιών Ο αισθητήρας ραδιομετρικών μικροκυμάτων είναι μια συσκευή για την ανίχνευση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, που προκαλείται από θόρυβο. Χρησιμοποιώντας ένα φασματοφωτόμετρο αυτοματοποιημένο, αναλύονται οι αλληλεπιδράσεις π.χ μεταξύ του επιπέδου ανάκλασης θορύβων και των διάφορων σταδίων της διαταραχής που παρατηρείται σε πεύκα που έχουν προσβληθεί από σκαθάρι.( Σχ.5)
Συμπεράσματα & Μελλοντικά πεδίου εφαρμογής
Η σύγχρονη χρήση των ηλεκτρονικών, ηλεκτρικών, χημικών και μηχανικών συστημάτων αποτελεί ένα εξαιρετικό πλεονεκτήματα στη γεωργική παραγωγή. Οι τεχνικές τηλεπισκόπησης που χρησιμοποιούν οπτικές μεθόδους ,μικροκύματα και δεδομένα ραδιομετρικών κυμάτων χιλιοστομέτρου ,μπορούν να υιοθετηθούν για την μελέτη του ρυθμού ανάπτυξης των καλλιεργειών , του είδους του εδάφους και για την πρόβλεψη της συγκομιδής και υπάρχει ένα τεράστιο πεδίο περαιτέρω ανάπτυξης προς αυτή την κατεύθυνση. Η προστασία των πηγών νερού και η ελαχιστοποίηση της χρήσης των ανόργανων λιπασμάτων επιτυγχάνονται με αυτές τις μεθόδους . Μέσω των διαφόρων μεθόδων ανίχνευσης να είναι δυνατή η παροχή καλύτερων κατευθυντήριων οδηγιών που θα οδηγήσουν στη χρήση ,με κατάλληλες μεθόδους , βιολογικών λιπασμάτων Την εποχή της πληθυσμιακής έκρηξης η τεράστια ζήτηση τροφίμων μπορεί να ικανοποιηθεί με αυτό το επίπεδο προόδου της τεχνολογίας . Αυτή η μελέτη έχει αποδείξει ότι οι πληροφορίες για τις ανάγκες του νερού της βλάστησης, , μπορούν να ανακτηθούν από τις μετρήσεις της ανάκλασης των φύλλων . Η τηλεπισκόπιση χρησιμοποιώντας το θερμικό υπέρυθρο, το ορατό και το NIR μήκος κύματος από μόνα τους ή σε συνδυασμό με τους καθιερωμένους δείκτες βλάστησης αποδείχτηκε ακατάλληλη για την ανάκτηση πληροφοριών για τις ανάγκες του νερού της βλάστησης από την επιφάνεια των φύλλων Για να διατηρηθεί η περιβαλλοντική ισορροπία των διαφόρων πηγών του πλανήτη και η διατήρηση της παραγωγή του μεθανίου κατά τη διάρκεια της συγκομιδής υπό έλεγχο, αυτή η μοντέρνα προσέγγιση θα βοηθήσει στην επίτευξη του στόχου με πιο σύγχρονες μικροεφαρμογές. Στο μέλλον θα μπορούμε ακόμη να τροφοδοτήσουμε και με θρεπτικά συστατικά τα φυτά και τις καλλιέργειες από αέρος, αναμειγνύοντάς τα με πολύ λιγότερο νερό και με καλύτερη παρακολούθηση και επεξεργασία.
Πηγή: www.iosrjournals.org
