2 курс / 2 семестр / Методы дистанционных исследований / Лекции / Лекция 14

2. ДИСТАНЦИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

По прямым дешифровочным признакам большинство сельско­хозяйственных культур, особенно близкие по структурным харак­теристикам, даже на крупномасштабных ахроматических аэро­снимках опознаются неуверенно.

По мере уменьшения масштаба фотографирования или сниже­ния разрешения съемочной системы происходит яркостная интег­рация полей, остаются за пределами разрешения структурные осо­бенности самих растений, их посадок (посевов). На мелкомасштабных аэро- и космических снимках единственным прямым при­знаком остается тон (цвет) изображения.

КСЯ сельскохозяйственных культур в период их зеленой окрас­ки в видимой области спектра мало различаются. Поэтому и различия оптической плотности фотоизображения при съемке ра­стений в этот период будут незначительными. Индвидуальные особенности изменения цветового аспекта культур в различных фенологических стадиях и временное несовпадение стадий диф­ференцируют спектральную отражательную способность различ­ных видов растений. Следовательно, правильный выбор сроков съемки может повысить достоверность опознавания сельскохо­зяйственных культур.

Анализ результатов многократного определения спектральной отражательной способности культур показывает, что тон широко­зональных фотоизображений, даже при оптимальных сроках съемки, не может обеспечить одновременного распознавания всех культур с нужной достоверностью (90...95 %). Дифференциация оптических плотностей для всех культур на данном снимке не обеспечена. Подтверждением этому служат увеличенные фрагмен­ты зональных снимков (см. разд. 16.2). Поэтому от однозональной съемки переходят к многозональной. Спектральные признаки ста­новятся основными. Достоверность опознавания большинства культур с их помощью при правильном выборе съемочной систе­мы и условий съемки доходит до 75...95 %. Однако некоторые культуры вследствие сезонного сближения их спектральных ха­рактеристик распознаются ненадежно. Один из путей повыше­ния достоверности распознавания таких культур — использование разновременных съемок. Конкретные сроки съемок определяют по результатам изучения сезонного хода спектральной отража­тельной способности близких по оптическим характеристикам культур.

Одна из важнейших задач дистанционного изучения сельскохо­зяйственных культур, особенно зерновых, — прогнозирование их урожайности двумя основными вариантами.

В первом варианте, наиболее простом и быстром, прогнозиро­вание основано на одноразовом дистанционном изучении состоя­ния посевов — определяют высоту и плотность стеблестоя, т. е. объем биомассы. По биомассе судят о вероятном выходе зерна, полагая, что между биомассой и выходом зерна существует опре­деленная взаимосвязь. В некоторых случаях такой вариант дает неплохие результаты. Но бывают и неудачные решения, когда ука­занная взаимосвязь нарушается вследствие, например, неблаго­приятных для формирования колосьев и налива зерна погодных условий в определенные вегетационные периоды. Очевидно, что прогнозирование на основе одноразового непосредственного изу­чения посевов может быть использовано, когда сама биомасса является выходным продуктом, например при определении уро­жайности фуражных культур.

Основа второго варианта — математическое моделирование процесса развития культур. В моделях учитывают все основные факторы, формирующие урожай: почвы и их состояние, динамика погоды в период вегетации, фактическое состояние посевов при прохождении основных вегетационных стадий. Такие модели от­ носятся к динамическим, функционирование их базируется на ре­гулярном поступлении информации с ресурсных и метеорологи­ческих спутников о текущем состоянии посевов и погоды. Боль­шое значение в повышении достоверности прогнозов имеют авиа­ционные технические и визуальные наблюдения за состоянием посевов, увлажненностью почвы, температурным режимом. Ре­зультаты таких наблюдений позволяют одновременно оперативно принимать меры к улучшению состояния посевов и защите расте­ний. Поэтому прогнозирование в этом варианте будет также дина­мическим. Прогнозы периодически корректируют с учетом послед­ них данных о текущем состоянии посевов и принятых агротехни­ческих и агрохимических мерах по улучшению состояния. Про­гнозируют также сроки вероятного созревания зерновых и определяют оптимальные сроки уборки. Такие прогнозы выдают за три месяца до вероятного поспевания и корректируют через каждый месяц. Последний прогноз — за полмесяца до начала уборки.

Авиационными средствами наблюдения могут быть следующие виды съемок: фотографическая, телевизионная кадровая, в том числе и телерепортажная, ИК- и радиотепловая, радиолокацион­ная, а также аэровизуальные наблюдения. Спектральный интервал регистрации, особенно при выявлении очагов заболевания расте­ний, выбирают по результатам спектрометрирования изучаемых явлений, а линейное разрешение съемочной системы — по разме­рам этих явлений.

Аэрофотосъемка при известных достоинствах (документально­сти результатов регистрации, высоком линейном разрешении, до­статочно тонкой передаче изменений яркости снимаемой поверх­ности) имеет в данном применении ряд недостатков: невысокая оперативность передачи информации, использование (одноразо­вое) дорогостоящих серебросодержащих материалов и др.

Большей оперативностью, что в данном случае очень важно, при достаточной энергетической избирательной способности об­ладают телевизионные съемочные системы. Телерепортажная аэросъемка отличается своеобразной формой представления ин­формации — динамической. Если необходимо, то отдельные кад­ры такой съемки можно рассматривать в статическом режиме. Ви­деозапись может сопровождаться словесным комментарием опе­ратора. Словами же передается информация о положении наблю­даемых объектов, условиях съемки и др. Линейное разрешение видеозаписи порядка 80 см при высоте полета 700 м вполне доста­точно для обнаружения любых аномальных явлений на посевах.

Возможность выполнения в реальном масштабе времени процеду­ры квантования диапазона видеосигналов позволяет выделять и одновременно определять площади аномальных проявлений в по­севах.

К оценке изреженности стеблестоя могут быть привлечены ИК- и радиотепловые съемки. Тепловой режим посевов коррелируется со степенью их изреженности. При этом определяют отно­сительное изменение температур на исследуемых и эталонных участках с известными характеристиками травостоя. Радиометри­ческие съемки имеют ряд ограничений: измерения должны вы­полняться в короткие временные интервалы при скорости ветра на поверхности не более 4 м/с и умеренной влажности почвы.

Возможности радиолокационной съемки, обладающей важным для регулярного контроля состояния посевов преимуществом (всепогодностью), нуждаются в исследовании. Установлено, что интенсивность рассеяния радиосигнала зависит от структуры рас­тений и плотности травостоя. С помощью РЛСБО хорошо диффе­ренцируются пропашные и зерновые культуры, участки с различ­ными биометрическими характеристиками и др.

Развитие озимых зерновых культур контролируют по крайней мере три-четыре раза. В период всходов, до начала кущения, про­веряют качество выполнения посевных работ, равномерность вне­сения удобрений (по однородности развития и цвета растений), засоренности посевов. По результатам обследования в этот период планируют выполнение агрохимических мероприятий (ранневесенние подкормки, обработку гербицидами). Прогнозируют воз­можность полегания растений (по интенсивности формирования вегетативной массы) и соответственно необходимость обработки посевов ретардантами. Принимают решение о пересеве погибших или сильно изреженных посевов. Аналогично контролируют всхо­ды яровых культур.

Одно-двухразовые наблюдения посевов в середине вегетации позволяют проследить ход развития растений, наличие и степень их поражения болезнями, вредителями, повреждения неблагопри­ятными погодными условиями, засоренность. На основе собран­ной информации корректируют план мероприятий по текущей подкормке и защите растений, определяют вероятные сроки со­зревания хлебов по полям.

В предуборочный период контролируют состояние стеблестоя и равномерность созревания, выявляют участки полегших посе­вов, определяют долю таких участков в общем массиве. На любом этапе эффективен один из наиболее оперативных и дешевых спо­собов контроля — аэровизуальный. Оптические различия боль­шинства аномальных явлений в посевах приходятся на видимую область спектра. Поэтому наблюдатель может достаточно точно выявлять такие аномалии и на глаз определять их площадь (ошибка порядка 6...8 %). Аэровизуальные наблюдения сопровождаются выборочной аэрофотосъемкой наиболее типичных участков посе­вов. Результаты наблюдения регистрируют на картах, планах, фотосхемах, записывают словесно с помощью диктофона, зано­сят в специальные бортовые журналы. Аэровизуальные наблюде­ния эффективны также при контроле хода и качества уборочных работ.

Съемочные средства (фотографические, телевизионные) ис­пользуют также при контроле качества выполнения агротехничес­ких и других мероприятий, а также при изучении эффективности новых технических средств и технологических вариантов выпол­нения этих работ. Например, по аэрофотоснимкам или телевизи­онным изображениям объективно и документально оценивают ка­чество, в частности, равномерность внесения минеральных удоб­рений, правильность полива.

Важнейший критерий оценки эффективности средств фитопатологического контроля — оперативность получения информации о вспышках заболеваний растений, поражении их вредителями. Только при достаточной оперативности может быть выполнена своевременная диагностика заболеваний (поражения) и приняты меры по сохранению урожая. Запоздавшая по организационным или техническим причинам информация может оказаться также полезной, но уже для оценки возможных потерь при прогнозиро­вании урожайности.

Параметры съемочной системы, частоту и время дистанцион­ных наблюдений выбирают на основании данных о развитии раз­личных заболеваний и их проявлениях через изменение спект­ральной отражательной способности. Характер изменения выяв­ляют, сопоставляя результаты систематического спектрометрирования больных и здоровых растений. При этом важно установить, на сколько своевременно и какими средствами можно констати­ровать факт заболевания.