Спосіб проведення аерофотозйомки для якісної оцінки рослинності за азотом

Реферат: Спосіб проведення аерофотозйомки для якісної оцінки рослинності за азотом, що включає визначення забезпеченості азотом в залежності від інтенсивності забарвлення листків в оптичному діапазоні. Здійснюють математичну обробку знімків, які одержують за допомогою безпілотного літаючого апарату, незалежно від хмарності, при одноразовій повторності, отримують спектральну яскравість в зеленому, червоному і ближньому інфрачервоному та блакитному діапазонах. Отримують результати забезпеченості рослин азотом, а при дощовій погоді зйомку проводять не менш як за 2-12 годин в залежності від інтенсивності сонячної інсоляції. UA 102162 U (54) СПОСІБ ПРОВЕДЕННЯ АЕРОФОТОЗЙОМКИ ДЛЯ ЯКІСНОЇ ОЦІНКИ РОСЛИННОСТІ ЗА АЗОТОМ UA 102162 U UA 102162 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі сільського господарства і може бути використана при дистанційній діагностиці живлення рослин у процесі вирощування та при контролі якості сільськогосподарської продукції. Відомо спосіб дистанційної діагностики (індикації) азотного режиму посівів сільськогосподарських культур за допомогою спектрометрування приладами, встановленими на штучних супутниках Землі (ШСЗ) і літаках. Цей спосіб має істотний недолік, який полягає в тому, що зйомки з ШСЗ і висотної авіації можливі тільки при хмарності, що не перевищує 20 % і в світлий час доби. Подібні погодні умови, особливо в ранньовесняний період, на більшій частині території малоймовірні через часту хмарність, що ускладнює використання в цілях оперативної діагностики спектрометрування та інших методів, заснованих на реєстрації електромагнітних хвиль світлового та близьких до нього діапазонах електромагнітного спектра. Застосування низьколітаючих літаків і вертольотів також пов'язані з необхідністю льотної погоди, наявності злітно-посадкових смуг та високою вартістю робіт через обмежену масштабність зйомки з низьколітаючих авіаносіїв. Останні події, які відбуваються на просторах нашої країни, тільки підвищують темп перетворення прийомів обробітку ґрунту, прискорення росту та захисту рослин тощо. Політичні події впливають на ринок сільськогосподарської продукції шляхом подорожчання як мінеральних добрив, так й техніки. Ці факти тільки прискорюють перетворення ведення сільського господарства на Україні. Одним з чинників інтенсифікації є використання даних дистанційного зондування. Власне, всі розвинуті країни вже прийняли відповідні програми розвитку на основі даних дистанційного зондування, як правило, у кооперації та спільно розвивають цей напрям. Таким чином використання наведених методів є застарілим та не задовольняє сучасним умовам ведення агробізнесу. Новою сходинкою сучасності стало використання дистанційних безпілотних апаратів (ДПЛА), які дають можливість використовувати нові види отримання аерофотознімків, їх обробки та отримання достовірних даних з меншими затратами часу та коштів. Найбільш близьким до заявленого є спосіб проведення польового обстеження азотного режиму посівів сільськогосподарських культур за допомогою прибору "N-тестер", робота якого основана на визначенні залежності між забезпеченістю азотом і інтенсивністю забарвлення листків. "N-тестер" - прилад, який дозволяє за інтенсивністю забарвлення листків визначити потребу культур в азоті. Для отримання об'єктивних і точних даних дослідження необхідно проводити по діагоналі ділянки у рівновіддалених точках на відстані 40-50 м від краю поля. Вимірювання рекомендується проводити в триразовій повторності по 30 рослин в кожному обліку. При цьому не слід упереджено шукати більш яскраві ділянки або рослини. При наявності плям із зовнішніми ознаками порушення азотного режиму рослин, відставання в рості, унаслідок пониження рельєфу (балки тощо) вимірювання на цих ділянках не проводяться, якщо площа не перевищує 20 % поверхні поля. Якщо строкатість поля при візуальній оцінці становить близько 50 %, то вимірювання проводиться на всіх ділянках поля. Недоліком цього способу є трудомісткість, вплив на отримані дані сорту рослин, водного стресу (скручування листя), а також неможливість визначення відмінності різних сільськогосподарських культур та бур'янів. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу проведення аерофотозйомки для якісної оцінки рослинності за азотом за рахунок розширення способів отримання та обробки аерофотознімків полів, господарств та, як наслідок, отримання підвищення оперативності, точності, скорочення витрат на діагностику та поліпшення екологічного стану навколишнього середовища. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі проведення аерофотозйомки для якісної оцінки рослинності за азотом, що включає визначення забезпеченості азотом в залежності від інтенсивності забарвлення листків в оптичному діапазоні, здійснюють математичну обробку знімків, які одержують за допомогою безпілотного літаючого апарату, незалежно від хмарності, при одноразовій повторності, отримують спектральну яскравість в зеленому, червоному і ближньому інфрачервоному та блакитному діапазонах. Отримують результати забезпеченості рослин азотом, а при дощовій погоді зйомку проводять не менш як за 2-12 годин в залежності від інтенсивності сонячної інсоляції. Прямі спостереження за станом рослинності в оптичному діапазоні засновані на базі використання аерофотозйомки та залежать від спектральної яскравості (СЯ) цих природних об'єктів. 1 UA 102162 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Спектральна яскравість - це яскравість об'єктів в різних зонах спектра електромагнітних хвиль видимого, ближнього і середнього інфрачервоного діапазонів. При цьому вимірювання проводиться безпосередньо на отриманому аерофотознімку (АФЗ) за допомогою відповідного програмного забезпечення. Еталоном виступає притаманний зелений колір відповідного класу сільськогосподарської рослинності, для якого було попередньо проведено заміри впродовж всієї вегетації на цьому полі, в тому числі контактними методами (для верифікації). Просторова здатність аерофотознімку дозволяє розрізняти окремі рядки сільськогосподарської рослинності та осередки бур'янів, виявляти мікрорельєф поля, від якого залежить накопичення вологи та швидкість/регрес вегетації в залежності від класу та сорту сільськогосподарської рослини. Висока частота зйомки перекриває потребу в постійному спостереженні за станом сільськогосподарської рослинності та надає можливість на більш високому щаблі (ступені) втілювати елементи точного землеробства (економію мінеральних добрив, за рахунок внесення добрив тільки на контури рослинності, які цього потребують). Як об'єкти було вибрано м'яку пшеницю, яку висаджували на дослідному полігоні, полі, від якого залежить накопичення вологи та швидкість/регрес вегетації в залежності від класу та сорту сільськогосподарських рослин. Аерофотозйомка проводиться з різних ракурсів, на висоті від 80-100 м. Знімки "зшиваються" в ортофотоплан, за допомогою відповідного програмного забезпечення та після математичної обробки визначаються коефіцієнти спектральної яскравості (СЯ), за якими визначається забезпеченість рослин азотом. При проведенні досліджень контактним прибором SPAD 500 було теж виявлено закономірність залежності результатів виміру після опадів (станом на 24 червня 2011 р.) на листових пластинах (фіг. 2). Погодні умови при проведенні контактних вимірювань: 23 червня. Сонячна погода, +28 °C, відсутність хмарності протягом всієї доби. 24 червня: сонячна погода до 12.40, потім пішов дощ, температура впала до +18 °C. Такі ж тенденції спостерігаються й при проведенні дистанційних досліджень (станом на 8 червня 2013 р.), при вимірюванні СЯ методом аерофотозйомки (фіг. 3). Погодні умови при проведенні дистанційних вимірювань: 7 червня, сонячна погода +30 °C, хмарність відсутня, 8 червня: дощова погода протягом всієї доби, температура +16 °C. Таким чином, нами було встановлено, що зміна СЯ відбувається протягом всього вегетаційного періоду, причому незалежно від сорту сільськогосподарської рослини. Під час проведення дистанційної зйомки з ДПЛА впродовж вегетаційного періоду, в результаті аналізу отриманих АФЗ було виявлено, що після опадів сільськогосподарські рослини різко змінюють власну спектральну яскравість в результаті чого дані наявності азоту в рослинах дають занижені некоректні показники. Вода, яка попадає у вигляді опадів через поверхню листової пластини, змінює СЯ в бік зниження через власний спектр віддзеркалення та хімічних реакцій з азотом в листі, що призводить до прийняття невірних рішень та сприяє погіршенню екологічного стану навколишнього середовища, збільшенню витрат на внесення необґрунтованих додаткових добрив. Контактні вимірювання проводилися, згідно з методикою застосування приладу SPAD500. Мінімальна кількість вимірювань (понад 30) листових пластинок як до опадів, так й після них перевищувала. Дистанційні дані спектральної яскравості також проводилися за цим методичним підходом. Усі дані контактних та дистанційних вимірювань листових пластинок проходили математичну обробку для розрахунку середнього (таблиця). Таблиця SPAD 500 Назва сорту м'якої пшениці 23 червня 66 39 39 Краса поліська Етюд Жізель Назва сорту м'якої пшениці Жізель Колективна 3 24 червня 96 63 48 Аерофотозйомка (Aerial image) 07 червня 2013 08 червня 47,6 50,5 49,2 53,4 2 UA 102162 U 5 Таким чином проведення зйомки та контактних вимірювань листових пластинок, наприклад м'якої пшениці, після випадання опадів або наявності вологи на пластині призводять до спотворення результатів, які ведуть до хибного управлінського рішення (наприклад до марного внесення азотних добрив), що призводить до зайвої витрати грошей і погіршення екології довкілля. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб проведення аерофотозйомки для якісної оцінки рослинності за азотом, що включає визначення забезпеченості азотом в залежності від інтенсивності забарвлення листків в оптичному діапазоні, який відрізняється тим, що здійснюють математичну обробку знімків, які одержують за допомогою безпілотного літаючого апарату, незалежно від хмарності, при одноразовій повторності, отримують спектральну яскравість в зеленому, червоному і ближньому інфрачервоному та блакитному діапазонах, при цьому отримують результати забезпеченості рослин азотом, а при дощовій погоді зйомку проводять не менш як за 2-12 годин в залежності від інтенсивності сонячної інсоляції. 3 UA 102162 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4