Rolnictwo orbitalne

Nie zawsze z bliska widać lepiej. Przekonuje się o tym coraz większa liczba rolników na całym świecie. Okazuje się, że zamiast chodzić po polach, wystarczy przeanalizować zdjęcia satelitarne – to obecnie najszybsza i najdokładniejsza metoda oceny stanu upraw. Choć wydaje się to nieprawdopodobne, to już dzisiaj obrazowania satelitarne są podstawą nowoczesnego, wielkoobszarowego rolnictwa. Warto podkreślić, że są stosunkowo łatwo dostępne, nawet nieodpłatnie.

Analiza zdjęć satelitarnych pod kątem wykorzystania w rolnictwie, ma sens – praktyczny i ekonomiczny – w przypadku dużych obszarów gruntów uprawnych. Jednak nic nie stoi na przeszkodzie, żeby posiadacz kilkudziesięciu hektarów w jednym kawałku czerpał korzyści z nowoczesnej technologii.

NDVI prawdę powie

Analiza zdjęć satelitarnych pozwala precyzyjnie określić zasięg obszarów lasów, łąk czy pól uprawnych. O tym wiedzą wszyscy. Mniej powszechna jest świadomość faktu, że analiza obrazowań satelitarnych może być podstawą diagnozy stanu roślin. To skuteczny sposób określenia, czy rośliny są w okresie aktywnego wzrostu, czy wręcz przeciwnie – zamierają z powodów naturalnych, w efekcie suszy, chorób czy inwazji szkodników.


Najstarszym i najczęściej stosowanym wskaźnikiem oceny aktualnej kondycji roślin jest stosowany od lat 70. XX w. NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji. Opiera się on, podobnie jak inne metody czytania zdjęć satelitarnych, na analizie odbicia światła. Udało się ustalić, że różnica pomiędzy odbiciem światła w paśmie bliskiej podczerwieni (NIR) i absorpcji światła w paśmie czerwieni (RED) jest inna w przypadku roślin bujnie rozwijających się i zamierających. Wartość wskaźnika NDVI mieści się w przedziale od –1 do +1.

Subtelne różnice wartości NDVI pozwalają z dużą precyzją określić intensywność procesów fotosyntezy, wielkość biomasy, a przede wszystkim obszary, w których występują anomalie – rzecz szczególnie interesująca w uprawach. Jeżeli mamy do czynienia z kilkudziesięcioma hektarami, bieżąca kontrola intensywności wzrostu i stanu roślin jest bardzo czasochłonna. W przypadku kilkuset hektarów bieżący monitoring stanu upraw jest możliwy wyłącznie przy użyciu zdjęć lotniczych (np. z dronów) lub dzięki zdjęciom satelitarnym, których pozyskanie jest znacznie prostsze.

Rolnik precyzyjny nie musi biegać po polu

Wyobraźmy sobie, że na powierzchni 100-hektarowego pola wysiano ten sam rodzaj zboża. Do siewu użyte zostało ziarno z jednej partii, jednego gatunku, posiadające znormalizowaną siłę kiełkowania. Nawożenie i opryski były stosowane z identycznym natężeniem na całym obszarze uprawy. Pole jest zbyt małe, aby wystąpiły różnice pogodowe, np. Różnice w ilość opadów w różny. Teoretycznie uprawy na całej powierzchni powinny wyglądać podobnie. Aby to sprawdzić, wystarczy rzut oka na zdjęcie satelitarne. Jeżeli wystąpiły anomalie, ujawni je analiza obrazów z satelity. Uzyskane dane można zweryfikować w czasie wizji lokalnej na polu. Trzeba wykluczyć obecność szkodników i zbadać inne możliwe przyczyny anomalii, w tym najbardziej oczywistą, czyli różnice w jakości gleby (jej składzie i przepuszczalności). Dzięki analizie obrazów z satelity można precyzyjnie określić obszar gorszego wzrostu i – zamiast badać grunt na całym polu – zrobić to dokładnie tam, gdzie występuje problem.

Dokładność działania odróżnia rolnictwo tradycyjne od rolnictwa precyzyjnego, opartego na danych i bieżącym monitoringu stanu upraw. Zdjęcia satelitarne są źródłem precyzyjnych danych. Na ich podstawie można opracować dokładne mapy aplikacyjne, czyli mapę upraw z określonymi precyzyjnie dawkami nawozów czy pestycydów, dopasowanymi do potrzeb konkretnych obszarów. Chemia rolnicza trafia tam, gdzie jest najbardziej potrzebna i gdzie przyniesie najlepsze efekty. Proces ten, to VRA (Variable Rate Aplication), czyli technologia zmiennego dawkowania. Oprócz znacznie lepszych efektów uprawy, pozwala też znacząco ograniczyć niekorzystne oddziaływanie przemysłowych upraw na środowisko naturalne.

Co ciekawe, mapę przygotowaną na podstawie zdjęć satelitarnych będzie można wykorzystać do wysłania maszyn w odpowiednie rejony pola i wykonanie nawożenia czy oprysku. Precyzyjna nawigacja uchroni przed pomyłkami, powtarzaniem kursów. I jest niezbędna dla autonomicznego ciągnika czy drona.

Algorytm buszujący w zbożu

Analiza obrazów z satelity dostarcza nie tylko najbardziej aktualnych informacji, ale jest też podstawą do prowadzenia analiz w oparciu o dane historyczne. Mając do dyspozycji serie zdjęć obrazujących przebieg wegetacji roślin w analogicznych okresach z poprzednich lat można je zestawić z wysokością plonów i ustalić ogólne prawidłowości. Ich znajomość jest kluczem do dokładnego przewidywania wielkości zbiorów już na początkowych etapach wegetacji roślin.

W sytuacji stałego zmniejszania się odsetka osób zatrudnionych w rolnictwie i poszerzania obszarów pojedynczych gospodarstw, rośnie zapotrzebowanie na skuteczny monitoring upraw. Najlepiej do tego celu nadają się zdjęcia satelitarne. Oczywiście trudno wymagać, aby każdy, kto chce uprawiać rolnictwo precyzyjne, posiadał kompetencje analityczne. Czytanie obrazów satelitarnych to zadanie dla odpowiedniego oprogramowania. Algorytmy uczące potrafią przeanalizować ogromne ilości danych i – co jeszcze ważniejsze – wychwycić prawidłowości, które nie są czytelne dla człowieka.

spectator.earth, czyli zdjęcia satelitarne dla każdego

Na koniec zostawiliśmy pytanie, które “wisiało w powietrzu” od samego początku: skąd wziąć zdjęcia satelitarne i narzędzia do ich analizy? I zaraz następne: ile za to wszystko trzeba będzie zapłacić. Źródłem, z którego każdy może czerpać obrazy satelitarne, jest serwis https://spectator.earth/.

Platforma nie tylko umożliwia pozyskiwanie zdjęć dowolnego obszaru z dużą częstotliwością, ale też oferuje narzędzia do ich interpretacji, w tym interesujący nas wskaźnik NDVI. Aplikacje działają w chmurze – w chmurze można też przechowywać pozyskane zdjęcia.

Ponadto Spectator oferuje prosty sposób publikacji i dzielenia się pozyskanymi materiałami. Wszystkie wymienione funkcje są dostępne nieodpłatnie. Zapraszamy do testów i dzielenia się uwagami.