Система Slantrange (продолжение)

Предыдущий материал был посвящен аппаратной части спектрального измерительного комплекса Slantrange, где описывались хоть и весьма солидные, но не экстраординарные возможности этого оборудования. Тем ни менее данная система достойна отдельного описания.

Классификация оборудования: решения и предназначение

Хоть классификации такого оборудования по поколениям, принятым к примеру, у мобильной связи авторы не встречали, но убеждены что, комплекс Slantrange является представителем нового поколения. Попробуем предложить свою классификацию спектральных систем для БПЛА:

• 1G – Клоны спутниковых решений, когда на БПЛА просто монтируют фотоаппаратуру. Создание индикационных карт, а именно позиционирование участков с разным состоянием растительности осуществляют удаленно в офисе;
• 2G – решения, ориентированные именно под БПЛА, когда для получения воспроизводимых данных в реальных условиях нестабильного освещения используют специальный зенитный датчик света. Создание карт вегетационных индексов (далее ВИ) как и в 1G также прежде всего удаленно в офисе;
• 3G – решения, адаптированные для управления урожаем, когда кроме непосредственного создания карт распределения ВИ возможна и интерпретация результатов непосредственно в поле.

Фактически первое и второе поколения это решения скорее для трейдеров – информация про реальные перспективы урожая является основой для формирования ценовой политики. Для управления урожаем они практически не приемлемы по целому ряду причин – от организационных до чисто технических. На практике, аграрии могли получать готовые данные, позволяющие судить о потенциальном урожае, в среднем, через неделю после облета полей. При этом, использование более мощных серверов или скоростных каналов связи для ускорения процесса обработки снимков и получения готовой информации, кардинально не улучшало ситуацию. Методологически, на начальном этапе, создавались карты, по которым и выбирали характерные локации где затем, непосредственно в поле, отбирали образцы для лабораторных исследований. Кроме того, что это сложно и трудоемко, недельная продолжительность мониторинга, зачастую, просто неприемлема – растения просто перерастут нужный этап вегетации и коррекция будет запоздалой. Да и с избирательностью и точностью на начальных этапах вегетации, которые собственно и пригодны для технологий управления урожаем был целый ряд вопросов.

Продемонстрируем на примере результаты мониторинга поля озимого рапса выполненного в конце сентября 2019 года. На поле было несколько участков посевов рапса с разными культурами предшественниками (пшеницы и картофель).

Исходя непосредственно с карты распределения ВИ наблюдаем: полуживые (NDVI 0.55 … 0.65) и, практически, не жизнеспособные (NDVI 0.3 … 0.4) растения. А на фотоснимке поля, границы раздела стрессовых участков (на карте ВИ выделено белым прямоугольником) видим хоть и отличающиеся, но вполне живые растения.

"Живое" фото этого поля

В результате при применении наземного оборудования таких как GreenSeeker (описанных в статье "Наземне обладнання для моніторингу посівів за забарвленням для організації диференційованого внесення добрив") будут получены иные результаты, что естественно не нравится производственникам.

Для получения воспроизводимых результатов необходимо отфильтровать почву. Спутниковые решения основанные на использовании концепции «грунтовой линии» тут не эффективны. Хорошие результаты дает попиксельная фильтрация которая и реализована в программном обеспечении Slantview созданном при реализации системы Slantrange. Итак, применим рекомендованные производителем настройки фильтрации почвы и тени получаем:

Получаем сильно отличающиеся от предыдущей карты результаты – растения есть, данные вполне сопоставимые с наземными исследованиями.

Кроме фильтрации почвы программа Slantview имеет достаточно много функционала – мониторинг бурьянов, подсчет количества растений и другое. На практике, в хозяйствах внедривших данные технологии, агрономы, исходя из карт распределения ВИ, могут корректировать карты-задания для наземного оборудования, тем самым рационально использовать удобрения, средства защиты и получать иные возможности и преимущества для использования их в своих технологических процессах.

Мониторинг стрессовых факторов для растений

Авторы не занимались непосредственно производством, и тем ни менее, выбор именно этого спектрального оборудования был осознан. В 2016-2017 годах нами разрабатывалась система мониторинга зерновых для рационального использования удобрений. Были созданы специализированные индексы для определения уровня азотного питания, которые были позитивно восприняты не только производственниками. По результатам выставки, работа докладывалась уже непосредственно министру. Если фермер видит только свое поле, или, как максимум, еще и поле у соседей, то министерство может оценить ситуацию по всей отрасли. Там и была озвучена мысль, что удобрения это все хорошо, а вот вопрос с последействием гербицидов, - это тот вопрос, который требует изучения и решения уже сейчас.

К сожалению, наследие лихих 90-х ощутимо не только в промышленности. По сельскому хозяйству каток прошел ничуть не меньше. Если заводы резали на металл, то в сельское хозяйство, много где пришел «временщик», который абсолютно бездумно управлял своим хозяйством, по схеме «после меня хоть потоп». Девиз «Максимум прибыли здесь и сейчас» привел к тому, что кардинально сократили поголовье крупного рогатого скота, возделывались в основном, кукуруза, подсолнечник, рапс и как праздник – пшеница.

Как результат - появились новые стрессовые факторы для растений, которые к сожалению, имеют свою национальную специфику – мы их назвали стрессами технологического характера. Все это, и описанное последействие гербицидов, когда остатки гербицидов с прошлогоднего урожая угнетают новые посевы, а так же загущение посевов и прочие стрессы - это следствия, вызванные несоблюдением технологии производства.

Вот тут, именно решения от Slantrange, оказались вне конкуренции. Если на климатические изменения жаловаться не кому, то у технологических стрессов конкретный виновник есть. К сожалению, традиционно, в нашей стране с производственной дисциплиной в растениеводстве были вопросы, поскольку поля огромны и, собственнику лично, обойти их не реально, то сотрудникам можно было «наводить тень на плетень» рассказывая про происки ворон, засуху и прочие факторы мотивируя что «бог не дал».

Кроме разгильдяйства, ситуация усугубилась и падением уровня квалификации агрономов, сказалась низкая престижность данной специальности в 90-е и начале 2000х. Вот и получаем химическое отравление посевов неправильно применёнными или фальсифицированными гербицидами.

Терять до половины урожая из-за разгильдяйства собственники-аграрии не хотят и, соответственно, пытаются исправить ситуацию. Так, для борьбы с последействием гербицидов вносят специальные баковые смеси или подбирают особый режим питания. Но эффективно это можно осуществить только на начальных стадиях вегетации, если причина стресса выявлена.

Исходя из анализа результатов экспериментов в фитотронах, полевых стационарных опытах и производственных полях было определено, что распределение стрессовых участков имеет свой характер, определяемый именно причиной стресса.

Для анализа распределения было создано специализированное программное обеспечение на языке Python пригодное как для серверных решений, так и для ноутбуков для работы непосредственно в поле.

Вопрос технологических стрессов конфликтный, поэтому, при выявлении таких пострадавших участков приходится отбирать образцы растений и почвы. Здесь у нас и нашел свое применение комплекс Slantrange, карты от которого и стали исходными данными для анализа. На производственных испытаниях, полученные спектральные снимки поля площадью 60 гектаров обрабатывались в программе Slantview в течении часа – были получены карты распределения ВИ, после чего, за несколько минут, уже наша программа, выявила «перспективные» участки. Агрономы, присутствовавшие при полевых испытаниях системы были неприятно удивлены обнаружив, кроме известного им участка, оставленного для «экспериментов», еще приличные участки поврежденных растений посередине поля. В последствии выяснилось, что тракторист что-то напутал со скоростным режимом и в результате внес существенно больше гербицида в одном месте и соответственно «сэкономил» в другом.

Итог...

Таким образом, применение систем спектрального мониторинга пригодных для управления урожаем таких как Slantrange, самим фактом своего присутствия в хозяйстве уже могут, как минимум, способствовать повышению производственной дисциплины. Кроме того, анализ развития посевов позволит выявить причины стрессов и разработать эффективные стратегии восстановления плодородия почв. Это нужно, это наша земля и нам тут жить.