تحليل نمو قطع الأراضي الزراعية باستخدام تقنيات التصوير الطيفي الفائق والطائرات بدون طيار

مع التطور المستمر للتحديث الزراعي، يلعب التطور التكنولوجي دورًا متزايد الأهمية في تحسين إنتاجية المحاصيل وجودتها، فضلًا عن الحد من هدر الموارد والتلوث البيئي. وفي هذا السياق، أصبحت أساليب رصد نمو المحاصيل القائمة على التصوير الطيفي الفائق موضوعًا بالغ الأهمية في مجال الرصد الزراعي.

مفهوم نمو المحاصيل

تشير حيوية نمو المحاصيل إلى الحالة الفسيولوجية ومعدل النمو وتراكم الكتلة الحيوية للمحاصيل خلال مراحل نموها وتطورها. وتعكس جودة نمو المحاصيل بشكل مباشر حالتها الصحية وإمكانية إنتاجها، وهي مؤشر هام للمراقبة في الإنتاج الزراعي. يشمل تقييم حيوية نمو المحاصيل عادةً جوانب متعددة مثل طول النبات ومساحة الأوراق ومحتوى الكلوروفيل والكتلة الحيوية.

يُعدّ رصد نمو المحاصيل ذا أهمية بالغة للإنتاج الزراعي. فمن خلال رصد نمو المحاصيل، يُمكن تحديد المشكلات التي قد تظهر خلال عملية النمو في الوقت المناسب، مما يسمح باتخاذ تدابير إدارية مناسبة لتعزيز نمو المحاصيل بشكل صحي وتحسين الإنتاجية والجودة. كما يُمكن أن يدعم رصد النمو عملية اتخاذ القرارات في الإنتاج الزراعي، مثل تعديل كثافة الزراعة، واستخدام الأسمدة، ومستويات الري، لتحقيق زراعة علمية وإدارة دقيقة.

تقنية التصوير الطيفي الفائق لرصد الزراعة

التصوير الطيفي الفائق تقنيةٌ ترسم خريطةً للمعلومات الطيفية المنعكسة أو المنقولة من جسمٍ ما، ولها تطبيقاتٌ واسعةٌ في مجالاتٍ متنوعة. ففي الزراعة، يُمكن للتصوير الطيفي الفائق الحصول على معلوماتٍ طيفيةٍ عن انعكاس الضوء من النباتات في نطاقاتٍ موجيةٍ مختلفة، مما يُوفر معلوماتٍ مثل مؤشرات الغطاء النباتي، ومحتوى الكلوروفيل، وحالة النمو.

بالمقارنة مع أساليب الرصد الزراعي التقليدية، تتميز تقنية التصوير الطيفي الفائق بالمزايا التالية: أولاً، توفر معلومات نباتية أكثر شمولاً، بما في ذلك مؤشرات الغطاء النباتي، وارتفاع النبات، ومؤشر مساحة الورقة، مما يجعل الرصد أكثر دقة وشمولية. ثانياً، هي طريقة رصد سريعة تُمكّن من الحصول على معلومات طيفية دقيقة من آلاف البكسلات، مما يُحسّن كفاءة رصد نمو المحاصيل. ثالثاً، تتيح رصد نمو المحاصيل دون تلامس، مما يجنّب إلحاق الضرر بها.

تقنية الطائرات بدون طيار + الاستشعار عن بعد فائق الطيف لرصد الزراعة

مع تطور صناعة الطائرات المسيّرة في الصين، تتزايد تطبيقاتها في حماية النباتات، ومراقبة الغابات، وتلقيح المحاصيل. وتُعدّ طائرات حماية النباتات الزراعية أكثر كفاءة بعشرات المرات من الرش التقليدي، كما أن التلقيح بمساعدة الطائرات المسيّرة لإنتاج بذور الأرز الهجين يُقلّل بشكل كبير من كثافة العمل ويُحسّن كفاءة إنتاج البذور. في السنوات الأخيرة، أتاح التطور السريع لتكنولوجيا الطائرات المسيّرة، بالاقتران مع التكنولوجيا الطيفية، إمكانية مراقبة ديناميكيات نمو البساتين بشكل شامل وديناميكي وسريع. تحلق الطائرات الزراعية المسيّرة على ارتفاعات منخفضة، تتراوح عادةً بين 50 و100 متر، ولا تتطلب تصحيحًا جويًا، كما أن أنظمة التحكم في طيرانها بسيطة نسبيًا، حيث تتناسب مساحة القياس والتحكم مع حجم البستان. يُعدّ استكشاف تطبيق مؤشر NDVI المُستمد من الكاميرات متعددة الأطياف المُجهزة على الطائرات المسيّرة في مراقبة النمو وتحديد مواقع النباتات المفقودة ذا أهمية بالغة لدعم زراعة البساتين الرقمية الدقيقة وتحسين كفاءة إنتاج أشجار الفاكهة.

تحليل نمو الأراضي الزراعية - شركة تشونغكه شيغوانغ للفضاء

جُمعت بيانات الضوء المرئي والبيانات الطيفية الفائقة باستخدام طائرات بدون طيار. بعد تصحيح الصور، وحساب المؤشر، والتجميع غير الخاضع للإشراف، عُرضت حالة نمو المحاصيل في قطع أرضية واسعة النطاق بصريًا. الصورة المعروضة هي صورة التقطتها طائرة بدون طيار في 19 مارس 2024، خلال مرحلة تفرع القمح. الصورة على اليمين هي خريطة تجميع مؤشر الغطاء النباتي NDVI بعد إزالة المباني والطرق.

الصورة أعلاه عبارة عن تقرير تحليل نمو الغطاء النباتي على مستوى قطعة الأرض، مع توضيح نتائج التجميع بناءً على مؤشر الغطاء النباتي NDVI. يعرض الرسم البياني الدائري أسفل الصورة النسبة المئوية لمساحة المحاصيل ذات معدلات النمو المختلفة. تم تحديد المناطق ذات النمو الجيد والضعيف نسبيًا بدوائر حمراء وصفراء على الخريطة لإرشاد المزارعين.

باعتبارها تقنية حديثة لرصد المعلومات تتميز بدقة مكانية وزمنية عالية، توفر تقنية التصوير الطيفي الفائق بواسطة الطائرات المسيّرة مزايا كبيرة من حيث النطاق المكاني والدقة مقارنةً بأساليب الرصد التقليدية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للحصول السريع على المعلومات الرقمية في الأراضي الزراعية متوسطة الحجم. في المستقبل القريب، ومع تطور وتحسين منصات تحليق الطائرات المسيّرة، وتقنيات جمع المعلومات متعددة المصادر المحمولة جواً، وتقنيات استخراج البيانات ونمذجتها، ومنصات دعم القرار، يُتوقع أن تجد تقنية التصوير الطيفي الفائق بواسطة الطائرات المسيّرة تطبيقات أوسع وأعمق في الزراعة والمجالات ذات الصلة.