Опыт применения мультиспектраль- ной съемки в области сельского хо- зяйства.
Фахрутдинов Рустам Равильевич глав- ный инженер компании «ПромАэро»
Email: rustamvolga@gmail.com
Барышников Николай Автандилович
инженер компании «ПромАэро» Email: baryshnikov-nik@mail.ru
Гусева Светлана Андреевна агроном- аналитик компании «ПромАэро»
Email: svetkag93@rambler.ru
ул. Тихвинская, 24-а, оф. 501, Самара, Са- марская обл., 443011
Проведен обзор зарубежных и отече- ственных источников о применении мультис- пектральной камеры при помощи БПЛА.
Ключевые слова: мультиспектральная съемка, мониторинг растительности, вегетаци- онный индекс.
В разных странах мира от вредите- лей и болезней теряется 12–15% урожая, а в некоторых случаях — до 60%. Для по- строения рациональной экологически безопасной системы защитных меропри- ятий и предотвращения недобора урожая большое значение имеет своевременная и качественная диагностика вредных ор- ганизмов.
На ряду с общепринятыми мето- дами, такими как визуальная диагно- стика, микроскопирование, культураль- ное исследование, биологический ана- лиз, существуют инновационные методы диагностики – применение микрофлю- идных чипов, анализ молекул-биомарке- ров, метод фагового дисплея, дистанци- онное зондирование. Последний метод, в отличии от вышеперечисленных, отли- чается высокой оперативностью и произ- водительностью.
В большинстве случаев в производ- ственных условиях широко распростра- ненным методом является визуальная
диагностика, которая базируется на все- стороннем знании симптомов заболева- ний на разных этапах патологического процесса. Аэрофотосъемка с примене- нием мультиспектральной камеры может стать эффективным решением для визу- альной диагностики, делая работу агро- нома более оперативной [5].
Мультиспектральная съемка
Мультиспектральная съемка - осу- ществляется с помощью мультиспек- тральной камеры. При такой съемке фор- мируются одновременно несколько изображений одной и той же территории в различных зонах спектра электромаг- нитного излучения. Различные комбина- ции этих изображений позволяют вы- явить процессы и явления, которые сложно или невозможно определить на снимке в видимом спектре.
Рисунок 1: Изображение в видимой обла- сти спектра (сверху), и комбинация изобра- жений ближнего инфракрасного, красного
и зеленого каналов мультиспектральной ка- меры (снизу)
Использование мультиспектральной съемки — это новый шаг в развитии сель- ского хозяйства, данная технология предоставляет фермерам почти мгновен- ную максимально детальную информа- цию о том, что происходит на поле. Мультиспектральные камеры широко применяются фермерскими хозяйствами по всему миру для мониторинга измене- ний показателей растительности с ис- пользованием видимого и ближнего ин- фракрасного спектра. Эти данные позво- ляют обнаруживать изменения расти- тельности задолго до того, как они про- явятся в видимом спектре. Помимо этого, мультиспектральные камеры находят ши- рокое применение в таких областях, как биология, лесное хозяйство, исследова- ния по охране окружающей среды и кон- троль над объектами инфраструктуры.
На сегодняшний день на БПЛА мно- гомоторного и самолетного типов могут устанавливаться два типа камер: модифи- цированныеилимультиспектральные. В моди- фицированной камере линза изменена та- ким образом, чтобы фиксировать отраже- ние в ближней инфракрасной области спектра. Такие камеры дешевле и более доступны, но в данных может присут- ствовать «шум», который негативно ска- жется на качестве интерпретации.
В мультиспектральной камере каж- дая линза, количество которых может доходить до 12 (Tetracam Mini-MCA12), регистрирует излучение в узкой области спектра, исключая возможный «шум», что позволяет более качественно интер- претировать данные и проводить измере- ния. В отличие от модифицированных камер, мультиспектральные позволяют получать гораздо больше комбинирован- ных изображений и рассчитывать боль- шее количество индексов. Однако стои- мость таких камер гораздо выше моди- фицированных, и для обработки снимков
нужно обладать необходимыми навы- ками и более продвинутым программным обеспечением для обработки мультиспек- тральных данных.
Рисунок 2: Примеры изображений, получен- ных с модифицированной (сверху) и муль- тиспектральной (снизу) камер
Дистанционная оценка состояния растительности в последние 3-5 лет ак- тивно стала применяться в практике сельского хозяйства. В сравнении с наземными датчиками, съемка с БПЛА предоставляет аналогичные данные о со- стоянии полей. Мониторинг посевов ози- мой пшеницы в разные фазы развития в
МСХА имени К.А. Тимирязева показали, что с применением аэрофотосъемки достига- ется воспроизводимая картина пространствен- ногораспределения индекса NDVI, в высо- кой степени совпадающая с результа- тами наземного сканирования оптиче- ским датчиком GreenSeeker® RT200. Это позволяет использовать беспилотную
съёмку в качестве альтернативы обследова- ния оптическими наземными датчиками. По результатам аэрофотосъёмки за несколько минут может быть сформирован файл- предписание для внесения азотных под- кормок по технологии off-line с учетом неоднородности посева.
Кроме этого, были получены анало- гичные результаты в университете сель- ского хозяйства, продовольствия и окру- жающей среды, г. Пиза, где были прове- деныопытыпосравнениюспектральнойотра- жательной способности, полученные с БПЛА и наземного датчика. По результа- там исследований, между показателями, полученных пассивным и активным дат- чиком, совпадает на 88-97% [1,4].
Преимуществами обследования по- лей с помощью беспилотной аэрофото- съёмки являются высокие оперативность и производительность, достоверность получаемой информации и возможность проводить оценку даже в таких усло- виях, когда выезд на поле затруднён, а использование совместно с мультиспек- тральной камерой помогает провести бо- лее подробный анализ о состоянии поля. В зависимости от типа БПЛА, за один день можно обследовать от 500 до
5000 га, с высоты от 50 до 500 м.