Μια επισκόπηση των τρεχουσών και δυνητικών εφαρμογών της θερμικής τηλεπισκόπησης στην γεωργία ακριβείας

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 15:37, 9 Μαρτίου 2020

Μια επισκόπηση των τρεχουσών και δυνητικών εφαρμογών της θερμικής τηλεπισκόπησης στην γεωργία ακριβείας

Πρωτότυπος τίτλος: An overview of current and potential applications of thermal remote sensing in precision agriculture

Συγγραφείς: Sami Khanal, John Fulton, Scott Shearer

Δημοσιεύθηκε: Computers and Electronics in Agriculture

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Εισαγωγή

Η γεωργία ακριβείας (Precision Agriculture) χρησιμοποιεί εργαλεία και τεχνολογίες για τον εντοπισμό της μεταβλητότητας του εδάφους και των καλλιεργειών στο πεδίο για τη βελτίωση των γεωργικών πρακτικών και τη βελτιστοποίηση των αγρονομικών εισροών. Παραδοσιακά, η τηλεπισκόπηση (Remote Sensing) που χρησιμοποιεί περιοχές ορατού φωτός και υπέρυθρες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος έχει χρησιμοποιηθεί ως αναπόσπαστο τμήμα της ΡΑ για την παρακολούθηση των καλλιεργειών και του εδάφους. Αυτή η ανάλυση επικεντρώνεται στις τρέχουσες και τις πιθανές εφαρμογές της θερμικής RS στην PA, καθώς και σε ορισμένες ανησυχίες σχετικά με την εφαρμογή της. Οι τομείς εφαρμογής της θερμικής RS στη γεωργία που συζητήθηκαν εδώ περιλαμβάνουν τον προγραμματισμό της άρδευσης, την παρακολούθηση της ξηρασίας, την ανίχνευση ασθένειας των καλλιεργειών και τη χαρτογράφηση των ιδιοτήτων του εδάφους, των υπολειμμάτων και της καλλιέργειας, της ωριμότητας και της απόδοσης των καλλιεργειών.

Εικόνα 1: Θερμοκρασία καλλιέργειας καλαμποκιού που αποκτήθηκε από εναέριους θερμικούς αισθητήρες στις 8 Μαΐου 2015 (αριστερά) και δεδομένα απόδοσης καλαμποκιού στο τέλος της καλλιεργητικής περιόδου (δεξιά) στο Molly Caren Farm κοντά στο Λονδίνο, OH, ΗΠΑ.

Εικόνα 2

Μεθοδολογία

Η παρούσα ανάλυση πραγματεύεται δύο μεγάλα θέματα, την ενσωμάτωση της θερμικής τηλεπισκόπησης στην γεωργία καθώς και της προκλήσεις και το μέλλον αυτής πάνω στην γεωργία ακριβείας.

1. Η εφαρμογή της θερμικής τηλεπισκόπησης στην γεωργία ακριβείας

Η θερμική τηλεπισκόπηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές πτυχές της παρακολούθησης των καλλιεργειών και του εδάφους στον αγροτικό τομέα, συμπεριλαμβανομένης της εκτίμησης της πίεσης του εδάφους και των καλλιεργειών για τον προγραμματισμό της άρδευσης, τον προσδιορισμό των μολυσμένων από ασθένειες και παθογόνων καλλιεργειών, την χαρτογράφηση της υφής του εδάφους, την εκτίμηση της κάλυψης των υπολειμμάτων, την παρακολούθηση της ωριμότητας της συγκομιδής και τη χαρτογράφηση της απόδοσης των καλλιεργειών.

1.1 Υγρασία εδάφους

Η έγκαιρη παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους είναι κρίσιμη επειδή χρησιμεύει ως διαλύτης και φορέας θρεπτικών ουσιών για την ανάπτυξη των φυτών, ρυθμίζει τη θερμοκρασία του εδάφους, υποστηρίζει τις μικροβιακές δραστηριότητες, επηρεάζει τις εκμεταλλεύσεις (π.χ. γονιμοποίηση των φυτών, άρδευση) και δρα ως θρεπτικό συστατικό (Ramachandra, 2006). Μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει την θερμική RS για την ανίχνευση της υγρασίας του εδάφους για να βοηθήσει στον προγραμματισμό άρδευσης.

1.2 Έλεγχος άρδευσης

Με τη χρήση θερμικών εικόνων, οι μελέτες έχουν παρακολουθήσει τη θερμοκρασία των φυτών και την ατομική αγωγιμότητα για τον προσδιορισμό της ποσότητας του νερού καλλιέργειας. Χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία, ο Jackson και οι συνάδελφοί του πρότειναν την έννοια του CWSI για την ανίχνευση της πίεσης του νερού καλλιέργειας. Ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας του αέρα (Ta) και της θερμοκρασίας του φυτού (Tc), προσαρμοσμένη λόγω εξατμίσεων, όπως προσδιορίζεται με τη βοήθεια ενός κατώτατου ορίου και ενός ανώτατου ορίου.

1.3 Άλλοι παράγοντες

Η εξατμισοδιαπνοή που μπορεί να προκύψει από πολυφασματικές εικόνες και αεροφωτογραφίες υψηλής ανάλυσης, η ανίχνευση της ασθένειας των φυτών, όπου είναι πολύ επιβλαβής για τους αγρότες και αναλύεται καλύτερα με τους θερμικούς αισθητήρες και από επεξεργασία των θερμικών εικόνων, τα συστήματα αποστράγγισης καλλιεργειών τα οποία με εικόνες ορατού φάσματος και με ΝIR εικόνες προκύπτει το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Άλλη παράμετρος είναι η ωρίμανση της καλλιέργειας, η οποία είναι πάρα πολύ σημαντική για την παραγωγή και η τηλεπισκόπηση βοηθάει με την παραγωγή υπέρυθρων και εικόνων από το ορατό φάσμα. Επίσης, μέσω αυτών μετριέται και η θερμοκρασία των φυτών, όπως αυτό φαίνεται και στην εικόνα 1. Τέλος, υπάρχουν μελέτες που έχουν αποδείξει ότι χρησιμοποιούνται και θερμικές εικόνες για να προβλέψουν την απόδοση των καλλιεργειών.

Προκλήσεις και μελλοντικές προοπτικές για τη χρήση των θερμικών απεικονίσεων για τη γεωργία ακριβείας Αν και η θερμική εικόνα έχει τη δυνατότητα να παρέχει χωρική και χρονική πληροφόρηση για τη θερμοκρασία της επιφάνειας των καλλιεργειών και του εδάφους, υπάρχουν ορισμένα ζητήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη χρήση θερμικών εικόνων RS. Αυτές περιλαμβάνουν την επίδραση: (1) των χωρικών και χρονικών αναλύσεων των αποκτώμενων εικόνων, όπου υπάρχει αυξημένο κόστος ως προς την υλοποίησή τους και προς το παρόν οι θερμικές κάμερες και είναι ακριβότερες αλλά και έχουν κακή ανάλυση όπως φαίνεται στην εικόνα 2.(2) των ατμοσφαιρικών συνθηκών όπως υγρασίας, θερμοκρασίας, νεφοκάλυψης (3) της γωνίας λήψης της φωτογραφίας και του υψομέτρου των θερμικών αισθητήρων και (4) του χρονικού διαστήματος στο οποίο λαμβάνονται οι θερμικές εικόνες.

Συμπεράσματα

Οι πιθανές εφαρμογές των θερμικών εικόνων στην PA περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, την παρακολούθηση των αρδεύσεων στα φυτά, την παρακολούθηση της ξηρασίας, την ανίχνευση ασθενειών των φυτών, την χαρτογράφηση των εδαφικών ιδιοτήτων, την χαρτογράφηση του εδάφους, τη χαρτογράφηση της ωρίμανσης των καλλιεργειών και την εκτίμηση της απόδοσης. Παρόλο που η θερμική επεξεργασία έχει πολλά πιθανά πλεονεκτήματα έναντι της οπτικής επεξεργασίας στην παρακολούθηση των καλλιεργειών και του εδάφους, υπάρχουν ορισμένες πρακτικές δυσκολίες στη χρήση του, όπως η ατμοσφαιρικές συνθήκες, οι κλιματικές συνθήκες, τα στάδια ανάπτυξης των καλλιεργειών, που μέχρι στιγμής έχουν περιορίσει τη χρήση της στον γεωργικό τομέα.