Το πρόγραμμα Demeter: χρήση των δορυφορικών τεχνολογιών και η βοήθεια τους στην άρδευση των καλλιεργειών

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 13:43, 19 Φεβρουαρίου 2013

Πρωτότυπος τίτλος: "Il progetto Demeter: tecnologie spaziali per l assistenza all irrigazione"

Συγγραφείς: D Urso G., Marotta F., - Uninersita di Napoli Federico II, Portici (Na) Italy - Consorzio di Bonifica in Destra del Fiume Sele, Salerno Italy

Πηγή:

Εισαγωγή

Το πρόγραμμα DEMETER (DEMONSTRATION OF EARTH OBSERVATION TECHNOLOGIES IN ROUTINE IRRIGATION ΑDVISORY SERVICES), χρηματοδοτείται στο πλαίσιο του V Προγράμματος Πλαισίου για την Έρευνα της Ευρωπαϊκής Επιτροπής. Ο ειδικός στόχος του προγράμματος είναι να αναπτύξει ένα πρωτότυπο που να βασίζεται στην ενσωμάτωση, των δεδομένων μέσω δορυφορικών εικόνων και των τεχνολογιών πληροφορικής, για την παροχή σε συνεταιρισμούς αλλά και σε γεωργικές επιχειρήσεις υπηρεσιών πληροφόρησης για τις ανάγκες άρδευσης των καλλιεργειών σε πραγματικό χρόνο. Αυτό πραγματοποιείται με την βοήθεια γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών, στο οποίο συγκλίνουν δορυφορικές εικόνες υψηλής ευκρίνειας που έχουν ερμηνευθεί ανάλογα και μετεωρολογικά δεδομένα που συλλέγονται στο έδαφος, το σύστημα θα υπολογίσει τις εβδομαδιαίες απαιτήσεις άρδευσης και θα διανέμει πληροφορίες απευθείας στους αγρότες, τόσο σε μορφή πίνακα όσο και γραφική μορφή, μέσω κινητής τηλεφωνίας.

Εικόνα 1 :Η κοινοπραξία Εγγείων Βελτιώσεων Δεξιά του ποταμού Sele καθώς και η ευρύτερη περιοχή δοκιμής για το έργο DEMETER. Το έγχρωμο σύνθετο που εμφανίζεται στο φόντο αναπτύχθηκε από τα δεδομένα Landsat 5, που αποκτήθηκαν στις 18 Ιουνίου 2004 (ανάλυση 30 m).

Υλικά και Μέθοδοι

Περιγραφή της περιοχής που πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις.

Η περιοχή που εξυπηρετείται από το δίκτυο άρδευσης « Κοινοπραξία Εγγείων Βελτιώσεων στα Δεξιά του ποταμού Sele», της οποίας η γεωγραφική θέση φαίνεται στο (Εικ.1), καλύπτει πάνω από 15.000 ha εκ των οποίων πάνω από το 90% (13.800 ha), χρησιμοποιούν για την άρδευση, νερό που προέρχεται από τις απορροές του ποταμού Sele, με μια μέση ροή 3,6 m3 / s. Τα υπόλοιπα 1.200 εκτάρια αρδεύονται από τα νερά του ποταμού Tusciano (0,7 m3 / s). Η περιοχή δοκιμής που επιλέχθηκε για την υλοποίηση του προγράμματος DEMETER αντιπροσωπεύεται από την περιοχή "Boscariello", η οποία έχει έκταση περίπου 1800 ha, και βρίσκεται εξ ολοκλήρου στην πόλη Έμπολι (Εικ. 2). Υπάρχουν ποώδη φυτά (καλαμπόκι, μηδική), δέντρα (ροδάκινο) και λαχανικά, τόσο το χειμώνα και το καλοκαίρι.

Παροχή Δορυφορικών στοιχείων και επί τόπου μετρήσεις.

Στην αρχή του προγράμματος DEMETER, εγκαταστάθηκε στην περιοχή δοκιμή σταθμός αγρομετεωρολογικών που ήταν εξοπλισμένος με αισθητήρες θερμοκρασίας ,υγρασίας του αέρα, ταχύτητας ανέμου και ηλιακής ακτινοβολίας. Κατά την αρδευτική περίοδο 2003 - 2004, οι παρατηρήσεις και οι μετρήσεις έγιναν σε 15 αγροτεμάχια που προσδιορίζονται στην Εικ. 2, και χαρακτηρίζονταν από διαφορετικές καλλιέργειες . Σε κάθε αγροτεμάχιο, εκτός από την καταγραφή της ανάπτυξης κάθε καλλιέργειας και του φαινολογικού σταδίου, μετρήθηκε και η τιμή του Δείκτη φυλλικής επιφάνειας (LAI) Οι μετρήσεις στα αγροκτήματα διεξήχθησαν σε συνδυασμό με τα δορυφορικά δεδομένα. Στην περιοχή δοκιμής του "Boscariello», έχοντας υπόψη τη μέση έκταση των αγροτεμαχίου της περιοχής, έγινε χρήση εκείνων των αισθητήρων που ήταν ικανοί να παρέχουν μια χωρική ανάλυση των 30 m ή καλύτερη. Ο ακριβής χρόνος που αποκτήθηκαν τα δορυφορικά δεδομένα για την αρδευτική περίοδο 2003-2004, μαζί με τον τύπο του χρησιμοποιούμενου αισθητήρα, παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα.

Τα φασματικά χαρακτηριστικά όλων των αισθητήρων που λαμβάνονται υπόψη ( Πιν.1 )επιτρέπουν τον υπολογισμό δεικτών βλάστησης, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν το πρώτο επίπεδο των πληροφοριών που χρησιμοποιείται για την εκτίμηση των αναγκών άρδευσης στο DEMETER, χρησιμοποιούνται δύο δείκτες:

• NDVI (Normalised Difference Vegetation Index)
• WDVI(Weighted Difference Vegetation Index)

Μεθοδολογία για τον υπολογισμό των αρδευτικών αναγκών.

Η προσέγγιση που χρησιμοποιείται σε αυτή τη μελέτη, η οποία βασίζεται στην ανάλυση των πολυφασματικών εικόνων υψηλή ανάλυση, έχει ως στόχο τη χαρτογράφηση του συντελεστή καλλιέργειας Κc , που ορίζεται ως ο λόγος μεταξύ της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής ETp, σε μια συγκεκριμένη καλλιέργεια, και της τιμή της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς ET0 (Jensen et al, 1990, F.A.O, 1998). Η σχέση αυτή καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ανάπτυξη και την γεωμετρία του φυλλώματος της εν λόγω καλλιέργειας. Για τον υπολογισμό του συντελεστή καλλιέργειας Κc, υιοθετήθηκαν δύο διαφορετικές προσεγγίσεις: α) την άμεση σχέση μεταξύ της τιμής του Kc και της αντίστοιχης NDVI (μέθοδος Kc-NDVI) β) τον αναλυτικό υπολογισμό, ξεκινώντας από τις παραμέτρους της καλλιέργειας (μέθοδος Kc-αναλυτικό). Η πρώτη μέθοδος βασίζεται σε μια σύγκριση μεταξύ των μετρήσεων των τιμών του Kc στο πεδίο και των τιμών του NDVI, οι τελευταίες προέρχεται από δορυφορικές εικόνες, χρησιμοποιώντας κατάλληλες τεχνικές. Αναγνωρίζεται έτσι μία γραμμική σχέση μεταξύ των δύο συνόλων δεδομένων. Ο υπολογισμός της τιμής του Kc, στην περίπτωση αυτή, συνδέεται με το είδος της καλλιέργειας, το στάδιο ανάπτυξής της και το φαινολογικό της στάδιο. Η δεύτερη μέθοδος, με βάση τον ορισμό που προτείνεται από Monteith για την δυνητική εξατμισοδιαπνοή ETp, (1990) που υιοθετήθηκε και από το FAO (1998), απαιτεί εκτίμηση των χαρακτηριστικών παραμέτρων της καλλιέργειας, όπως η ανακλαστικότητα, r, ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας, LAI και το ύψος της βλάστησης, hc Η προ-επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων εμπεριέχει τόσο την ραδιομετρική διόρθωση (προς απομάκρυνση του αποτελέσματος που προκαλείται από τα φαινόμενα της απορρόφησης και της διάχυσης από την ατμόσφαιρα), όσο και τη γεωμετρική, αναγκαία για τον χειρισμό τους στα GIS Οι χάρτες της ETp σε "raster" που παίρνονται από την επεξεργασία δορυφορικών εικόνων είναι το πρώτο επίπεδο των πληροφοριών που παρέχονται στο GIS, τα άλλα δεδομένα που χρησιμοποιούνται από το σύστημα αφορούν, την χωρική και χρονική κατανομή των βροχοπτώσεων και τις πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των διαφόρων αγροτεμαχίων, σχετικά με την έκταση, τις καλλιέργειες, τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την άρδευση. Αυτά τα διαφορετικά επίπεδα πληροφοριών χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των απαιτήσεων άρδευσης για κάθε γεωτεμάχιο. Τα αποτελέσματα της επεξεργασίας, μεταφέρονται στην "Μονάδα Διανομής Πληροφορίας", η οποίο είναι επιφορτισμένη με τη μεταφορά των πληροφοριών στους τελικούς χρήστες μέσω web και δίκτυα GSM-UMTS. Η ροή των πληροφοριών που παράγονται και διαχέονται φαίνεται σχηματικά στην Εικ.3.

Εικόνα 3 :Τα βήματα στην επεξεργασία των πολυφασματικών εικόνων.

Η χρήση ημι-αυτόματο διαδικασιών, επιτρέπει να εκτελείται, στις δορυφορικές εικόνες όλη η επεξεργασία που απαιτείται για τον υπολογισμό των απαιτήσεων άρδευσης στο κάθε αγροτεμάχιο πολύ γρήγορα. Είναι δυνατόν να διανεμηθούν πληροφορίες στους τελικούς χρήστες μέσα σε 24-36 ώρες από την δορυφορική απόκτηση με τη χρήση του internet και της κινητής τηλεφωνίας.

Συμπεράσματα

Το πρόγραμμα DEMETER αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό ποιοτικό άλμα στο επίπεδο των πληροφοριών που διατίθενται σήμερα για τη στήριξη της άρδευση. Οι Τεχνικές για την Παρατήρηση της Γης, που γίνονται όλο και πιο εύκολα διαθέσιμες και τα νέα εργαλεία της τεχνολογίας των επικοινωνιών, επιτρέπουν την παροχή συμβουλών άρδευση οι οποίες συνδέονται με την ποσοτική εκτίμηση της πραγματικής ανάπτυξης των καλλιεργειών. Το συγκεκριμένο πρόγραμμα παρουσιάζει πτυχές σημαντικής προόδου έναντι των παραδοσιακών χαρακτηριστικών των υπηρεσιών άρδευσης. Πρώτον, η χρήση των δορυφορικών εικόνων και των GIS στην καθημερινή υπηρεσία της άρδευσης και επιπλέον, η δυνατότητα διανομής εξατομικευμένων πληροφοριών στις αγροτικές επιχειρήσεις, όχι μόνο σχετικά με τις απαιτήσεις άρδευσης των αγροτεμαχίων και τον προγραμματισμό των επεμβάσεων, αλλά και την αξιολόγηση, μέσω της παρατήρησης των χαρτών δεικτών βλάστησης, της ομοιομορφίας κατανομής της γης επαρκούς μεγέθους. Η πληροφορία μπορεί στη συνέχεια να συμπληρωθεί με ενδείξεις για τις καιρικές συνθήκες και την παροχή κατάλληλων γεωπονικών συμβουλών.