25 χρόνια στη γεωργία ακριβείας

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφέας
David J Mulla
Dept. Soil, Water and Climate, University of Minnesota, USA

Πηγή

Science_direct

Published by Elsevier

Τίτλος: Twenty five years of remote sensing in precision agriculture: Key advances and remaining knowledge gaps

H παραπάνω εργασία δημοσιεύτηκε τον Σεπτέμβριο του 2012 από την εταιρία Elsevier και ανασύρθηκε από τον ιστότοπο http://www.sciencedirect.com. Στην δημοσίευση αυτή, παρουσιάζεται συνοπτικά η εξέλιξη των τηλεπισκοπικών εργαλειών στον τομέα της γεωργίας ακριβείας. Η γεωργία ακριβείας είναι η νέα αντίληψη για τη γεωργία και ταυτοχρόνως η νέα μέθοδος γεωργικής πρακτικής, η οποία χρησιμοποιεί πληροφορίες προσδιορισμένες ως προς το χώρο και το χρόνο, προκειμένου να μεγιστοποιήσει την αποδοτικότητα και να ελαχιστοποιήσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Αρχικά, γίνεται μία συνοπτική παρουσίαση στις εφαρμογές τηλεπισκόπησης στη γεωργία με βάση την αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με το έδαφος και τα φυτικά υλικά, στην συνέχεια παρουσιάζονται οι καινοτομίες στην τηλεπισκόπιση τα τελευταία 20 χρόνια που αφορούν την γεωργία και τέλος γίνεται αναφορά στα κενά γνώσης που υπάρχουν σήμερα. Τυπικά, η τηλεπισκόπηση περιλαμβάνει τη μέτρηση από ανακλώμενη ακτινοβολία. Οι πλατφόρμες για την πραγματοποίηση των μετρήσεων περιλαμβάνουν δορυφόρους, αεροπλάνα και μετρήσεις που γίνονται με γεωργικά μηχανήματα ή αισθητήρες χειρός. Οι εφαρμογές της τηλεπισκόπισης στην γεωργία έχουν επικεντρωθεί σε ένα ευρύ φάσμα παρατηρήσεων. Κάποιες από αυτές περιλαμβάνουν την απόδοσή τους σε θρεπτικά συστατικά, τις προσβολές από ασθένειες και τις ιδιότητες του εδάφους (οργανική ύλη, περιεκτικότητα σε υγρασία, αλατότητα). Το ποσό ακτινοβολίας που απορροφάται από χρωστικές ουσίες των φυτών ποικίλει ανάλογα με το μήκος κύμματος (πχ η χλωροφύλλη απορροφά έντονα την ακτινοβολία στο ορατό φάσμα, 400-700 nm). Αντίθετα, το φυτό έχει υψηλή ανακλαστικότητα στο εγγύς υπέρυθρο (700-1300nm). Αυτή η έντονη αντίθεση στην ανακλαστικότητα μεταξύ τμημάτων του φάσματος έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη φασματικών δεικτών που αναδικνύουν κάποια συγκεκριμμένα χαρακτηριστικά. Ο πιο διαδεδομένος δείκτης βλάστησης είναι ο NDVI αλλά υπάρχουν αρκετοί δείκτες ακόμα, που χρησιμοποιούνται για την ανάδειξη διαφορετικών χαρακτηριστικών του εδάφους που βοηθούν στην γεωργία ακριβείας.

Εικόνα 1:φασματικοί δείκτες στη γεωργία ακριβείας

Εικόνα 2: Διαφορές μεταξύ δείκτη NDVI (βλάστηση) και SR8 (περιεκτικότητα αζώτου) σε καλλιέργειες πατάτας

Τα θεμέλια για την αξιοποίηση της τηλεπισκόπησης στην γεωργία τα έχτισε ο Schepers το 1972 ο οποίος μέτρησε τα χαρακτηριστικά του εδάφους του καλαμποκιού με τον μετρητή SPAD (soil plant analysis development) ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της περιεκτικότητας του αζώτου σε αυτές. Το SPAD meter αντικαταστάθηκε στην συνέχεια με ραδιόμετρα για την εκτίμηση χωρικών προτύπων σε αρδευόμενες περιοχές, με βάση συγκρίσεις με καλές γονιμοποιημένες εκτάσεις. Το 1996 ο Stone μέτρησε την ανακλαστικότητα στην κόκκινη και υπέρυθρη μπάντα στο σιτάρι με έναν αισθητήρα τοποθετημένο σε ένα κινητό τρακτέρ κοπής γκαζόν. Έτσι εκτιμήθηκε ένας νέος δείκτης περιεκτικότητας αζώτου των φυτών (PNSI). Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία εκτιμήθηκαν και νέοι δείκτες, ενώ χρησιμοποιήθηκαν και υπερφασματικοί δέκτες οι οποίοι συλλέγουν δεδομένα ανάκλασης μίας μεγάλης περιοχής φάσματος σε μικρότερα φασματικά διαστήματα (ανά 10 nm) και προσφέρουν την δυνατότητα ανίχνευσης ακριβέστερης πληροφορίας σε μεγάλες χωρικές εκτάσεις.

Εικόνα 3:Καινοτομίες για την μέτρηση και ανίχνευση χαρακτηριστικών των φυτών

Η ταχεία πρόοδος στην τεχνολογία της τηλεπισκόπησης για τη γεωργία ακριβείας σημειώθηκε τα τελευταία 25 χρόνια. Οι δορυφορικές εικόνες έχουν βελτιωθεί σε χωρική ανάλυση και συχνότητα λήψης. Οι υπερφασματικές εικόνες έχουν την δυνατότητα να διακρίνουν πολλαπλά χαρακτηριστικά των φυτών. Οι επίγειες παρατηρήσεις έχουν αναπτυχθεί επίσης για την εκτίμηση περαιτέρω χαρακτηριστικών όπως οι θρεπτικές ουσίες, οι ασθένειες κ.α. Επίσης υπάρχουν πολλά διαθέσιμα αρχεία δεδομένων πολλών ετών. Με γνώμονα τα παραπάνω, οι νέες προκλήσεις για την αξιοποίηση της τηλεπισκόπης στην γεωργία ακριβείας είναι οι εξής:

- Συνέχιση της ανάπτυξης φασματικών μεθόδων ανάλυσης χημικών στοιχείων του εδάφους. - Ανάπτυξη αισθητήρων για άμεση εκτίμηση έλλειψης θρεπτικών συστατικών. - Ανάπτυξη δεικτών ταυτόχρονης εκτίμησης πολλαπλών χαρακτηριστικών. - Ενσωμάτωση ιστορικών αρχείων δορυφορικών εικόνων σε πραγματικού χρόνου διαδικασίες ανίχνευσης δεδομένων.