Важность цифрового картографирования сельскохозяйственных полей и дистанционного спектрального мониторинга для повышения урожайности

  Государственной службой интеллектуальной собственности Министерства финансов и экономики Туркменистана получено свидетельство о государственной регистрации работы, относящегося к объекту авторского права №043. Название защищенной авторским правом работы: «Важность цифрового картографирования сельскохозяйственных полей и дистанционного спектрального мониторинга для повышения урожайности» (на основе программного обеспечения Exactfarming)

Владелец: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ПО ЕСТЕСТВЕННЫМ И ТОЧНЫМ НАУКАМ
                    ТУРКМЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ МАХТУМКУЛИ

Авторы:
Худайназаров Сердар
Шамурадов Атажан

Значимость работы: 

     Согласно поручению Президента, повышение продуктивности каждого гектара земли в агропромышленном комплексе, эффективное использование земель, внедрение в отрасль мирового опыта и новейших достижений науки, создание продовольственного изобилия, переход на цифровое электронное управление системы, развитие профессионального образования, изучение международного опыта и расширение консультационных услуг, проводится соответствующая работа.

     В эпоху развития современной науки, техники и инноваций идти в ногу со временем во всех областях, особенно управление и развитие аграрного сектора с помощью современных новых методов, считается одной из главных актуальных проблем не только в нашей стране, но и в целом мире. Важность цифровизации аграрного сектора заключается в том, что снижается нагрузка на человеческий труд и появляется возможность управлять многими большими полями одновременно.

     Согласно природным условиям страны, в научной работе проводился дистанционный спектральный мониторинг культурных растений на сельскохозяйственных полях, особенно озимой пшеницы. Некоторые возможности программного обеспечения Exactfarming были использованы для проведения удаленного спектрального мониторинга. Программное обеспечение использует данные мультиспектральных каналов спутника Sentinel-2A, запущенного в 2015 году, и второго спутника Sentinel-2B, запущенного в 2017 году Европейским космическим агентством, для расчета вегетационного индекса. Каждые 3-5 дней снималась и анализировалась актуализированная форма спектральных данных поверхности исследуемого участка на основании договора с Сельскохозяйственной академией им. К. А. Тимирязева в г. Москве. Exactfarming автоматически рассчитывает NDVI (нормализованный разностный индекс вегетации), EVI (расширенный вегетационный индекс), NDMI (нормализованный разностный индекс влажности), MSAVI2 (модифицированный вегетационный индекс с поправкой на почву) позволяет рассчитать несколько индексов, определяющих изменения в типах почв.

     С помощью этого научного метода с 2020 года создана электронная карта 14,92 га поля озимой пшеницы, расположенного в Халачском этрапе страны, ведется спектральный мониторинг и анализ данных дальней спутниковой связи. Центр управления – город Ашхабад, а опытные поля – пшеничные поля в Халачском этрапе, расположенные в 577 км. Мониторинг и ряд других административно-аналитических мероприятий проводились из центра каждые 3-5 дней без выезда на поля. Мониторинг ведется непрерывно от посева пшеницы до сбора урожая и последующего севооборота.

Рисунок 1. Получение данных о поверхности Земли с использованием методов дистанционного зондирования.

     Для эффективного анализа суточных изменений, происходящих на опытном поле пшеницы, работы по анализу проводились путем составления сводной таблицы вегетационных индексов NDVI, EVI, NDMI и MSAVI2 в программном обеспечении и спектральных данных, полученных со спутника в разное время. При сравнении учитывались и широко изучались время получения каждой спектральной информации, погодные условия, когда, при каких условиях, какие культуры были посажены, их спектральные свойства и типы вегетационных показателей. Непрерывный мониторинг этой научной работы более 2,5 лет позволил провести точный анализ спектральных данных, полученных от каждого культурного растения, с учетом природных условий нашей страны. Спектральные свойства каждого растения могут в определенной степени различаться в зависимости от их географического положения и природных условий.

Рисунок 2. Непрерывный удаленный мониторинг роста посевной озимой пшеницы и сравнение электронной карты с данными NDVI

        В целом по этому методу каждые 3-5 дней проводится дистанционный спектральный мониторинг нескольких сельскохозяйственных угодий, удаленных от любой точки страны или частично крупных сельскохозяйственных угодий (крупных ферм), на нормальное состояние роста растений, агротехнические возможности службы по контролю за своевременным проведением мероприятий и другие вопросы.

Рисунок 3. Полученные данные NDVI и фактическое состояние поля пшеницы

Рисунок 4. Послеуборочный анализ посевов пшеницы

Рис. 5. Сравнение данных вегетационных индексов NDVI, NDMI, EVI, MSAVI2, полученных в разное время.