Применение гиперспектральных технологий в мониторинге засухи в сельском хозяйстве.

Засуха — это долгосрочное потенциальное стихийное бедствие, характеризующееся длительной и аномальной нехваткой воды. Она оказывает серьезное воздействие на экономику, экологическую обстановку и, особенно, на сельскохозяйственное производство. Поэтому мониторинг водного состояния сельскохозяйственных культур и связанных с ним физиологических параметров имеет решающее значение для повышения урожайности и оптимизации использования водных ресурсов.

Общий индекс засухи

Индексы засухи являются важными показателями для оценки степени засухи. К наиболее часто используемым индексам засухи относятся индексы NDVI, NDWI и TVDI. Индекс NDVI отражает состояние роста растительности путем расчета отражательной способности поверхностной зеленой растительности и может точно отражать степень засухи. Индекс NDWI отражает состояние влажности путем расчета отношения отражательной способности водоемов и растительности и может использоваться для мониторинга содержания влаги в поверхностном слое почвы. Индекс TVDI отражает степень засухи путем измерения разницы между температурой поверхности и температурой растительности.

Среди них влажность почвы и рост растительности являются наиболее важными и прямыми индикаторами засухи, а интерпретация спектральных характеристик растительности и почвы — важный фактор при оценке степени засухи.

Общий индекс засухи

Засуха может изменять растительный покров, влажность почвы и шероховатость поверхности, влияя тем самым на обмен энергией и водой между растительностью, почвой и атмосферой. Следовательно, изменения основных биофизических факторов (таких как индекс растительности, альбедо и температура поверхности земли) могут влиять на радиационный, тепловой и влагообмен подстилающей поверхности. Как правило, чем сильнее засуха, тем ниже индекс NDVI и тем выше альбедо и температура поверхности. Даже если другие факторы остаются относительно стабильными, влажность почвы будет снижаться. Для мониторинга засухи можно использовать вертикальный индекс засухи (PDI).

Компания Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD - Мониторинг засухи в сельском хозяйстве

Использование дронов для сбора данных в видимом свете и мультиспектральных данных, а также последующая ортофотосъемка и расчет индексов позволяют наглядно отображать распределение сельскохозяйственных культур на больших участках. Рисунок 1 — изображение, полученное с помощью дрона 19 марта 2024 года, до прорастания пшеницы. Рисунок 2 — карта распределения содержания хлорофилла GCI после удаления зданий и дорог. Чем ниже индекс GCI, тем меньше растительный покров, и чем выше индекс GCI, тем больше растительный покров. Рисунок 3 — карта распределения поверхностной влажности голой почвы. Чем ниже вертикальный индекс засухи, тем выше влажность почвы, и чем выше вертикальный индекс засухи, тем ниже влажность почвы.

Выводы исследования и его применение

В настоящее время методы мониторинга засухи на основе дистанционного зондирования достигли значительного прогресса. Поскольку показатели для каждого вида растений, питательных веществ или характеристик почвы продолжают развиваться и совершенствоваться, гиперспектральная съемка, обеспечиваемая недорогими портативными устройствами, продолжает предоставлять высококачественные и точные данные и стала важным инструментом для исследователей и фермеров. Расширенные возможности мониторинга, предоставляемые этими устройствами, обещают создать новую парадигму повышения эффективности сельского хозяйства.