پایش ماهواره ای محصول گندم

پایش ماهواره ای محصول گندم : یکی از کاربردی ترین و جدیدترین روش ها برای پایش محصول گیاه گندم (جمع آوری اطلاعات از مراحل داشت محصول گندم)، پایش ماهواره ای است.

در این مقاله قصد داریم تا اطلاعات کاملی را از نوع ماهواره هایی که در این نوع پایش نقش دارند تا شاخص های گیاهی و داده های حاصل از ماهواره‌ها را به شما نشان دهیم.

در آخر این مقاله نیز به شما میگوییم که پایش ماهواره‌ای محصول گندم تا چه میزان بر تولید محصول تاثیر دارد.

کشاورزی هوشمند چیست؟

همانطور که می‌دانید محصولات کشاورزی یکی از پایه ترین و همچنین مهم ترین نیازهای زندگی انسان است.

در سال های اخیر افزایش جمعیت زمین سبب شده که نیاز به محصولات کشاورزی روز به روز افزایش پیدا کند.

به همین خاطر دیگر روش های قدیمیپایش محصولات برای زمین های کشاورزی نمی‌تواند کاربرد فراوانی داشه باشد.

همچنین نمیتوان با روش‌های سنتی سبب بهبود کیفیت محصولات شد و روش‌های سنتی میتواند هزینه‌های زیادی را برای مزارع به همراه داشته باشد.

به طور مثال اگر شما ندانید که چه بیماری ها و چه آفاتی در چه قسمت‌هایی از مزارع وجود دارد، متحمل هزینه‌های سرسام آوری برای آفت کش ها می‌شوید.

به همین منظور کشاورزی هوشمند امروزه توانسته نقش مهمی‌ را در مزارع داشته باشد. عموما کشاورزی هوشمند با روش‌های مختلفی انجام می‌پذیرد.

از این روش ها میتوانیم به قرار گیری سنسورهای مختلف در مزارع تا استفاده از ماهواره ها، پهپاد ها و همچنین GPS اشاره کنیم.

اما یکی از کاربردی ترین روش ها پایش ماهواره‌ای است که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

در واقع در پایش ماهواره ای شما نیازی نیست که سنسور یا وسیله خاصی را برای مزرعه خود تهیه کنید. بلکه شما میتوانید با مراجعه به شرکت های ارائه دهنده خدمات ماهواره‌ای مختلف و تعیین موقعیت مکانی مزرعه خود، به اطلاعات و داده‌های گیاهان و محصولات آن‌ها دست پیدا کنید.

 

به چه دلایلی باید محصول گندم را به صورت ماهواره‌ای و از راه دور آنالیز کرد؟

گندم یکی از اصلی ترین منابع غذایی است که همواره در کشاورزی و اقتصاد بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

در واقع این گیاه با توجه به زیاد بودن سطح زیر کشتش در ایران نسبت به دیگر گیاهان و محصولات آن ها از اهمیت فراوانی برخوردار است.

به همین دلیل پایش و ارزیابی صحیح این گیاه در مراحل مختلف پرورش از اهمیت مضاعفی برخوردار است.

به عبارت دیگر شما با استفاده از سنجش از راه دور گندم میتوانید شرایط رشد این گیاه را کنترل و مانیتور کنید و عملکرد محصول و کیفیت آن را مورد ارزیابی قرار دهید و به اطلاعات مناسبی دست پیدا کنید.

اما از این رو شاید یکی از مهم ترین دلایل پایش ماهواره ای این گیاه دستیابی به تولید حداکثری محصول آن باشد.

با استفاده از داده ها و اطلاعات ماهواره ای شما می‌توانید در کمترین زمان ممکن به اطلاعاتی دست پیدا کنید که با کمک آن می‌توانید محصولات با کیفیت را به تولید برسانید.

به علاوه پایش ماهواره ای گندم میتواند در مواردی سبب حفظ منابع طبیعی و حاصل‌خیزی خاک مزرعه شما شود که در ادامه مقاله بیش تر به آن میپردازیم.

از چه ماهواره‌هایی برای سنجش محصول گندم استفاده میشود؟

به طور کل پایش تمامیم حصولات گیاهان با استفاده از 2 نوع ماهواره انجام می‌شود. این ماهواره ها، ماهوارههای نوری و ماهواره‌های راداری نام دارند.

در واقع بر روی این ماهواره ها سنجنده های مختلفی قرار میگیرند که با استفاده از سنجش طیف هایی که از سطح زمین ساطع میشود، نقشه و اطلاعاتی از محصولات را به زمین ارسال میکنند.

اگر بخواهیم ماهواره هایی که در پایش محصول گندم بیش ترین کارایی را دارند برای شما معرفی کنیم. میتوانیم به ماهواره مودیس و لندست اشاره کنیم. به طور مثال در سال 2007 محققان توانستند با استفاده از داده های ماهواره مودیس و با استفاده از مدل WOFOST، پتانسیل کشت گندم را در شمال کشورچین مورد بررسی قرار دهند و یک شبیه ساز عملکرد محصول برای این گیاه ایجاد کنند.

ماهواره هایی مانند مودیس و لندست میتوانند اطلاعات مفیدی را از سطح زمین برای ما ارسال کنند و می‌توانند مساحت زیادی را تحت پوشش قرار دهند. اما معایبی را نیز دارا می‌باشند.

به طور مثال تصاویر حاصل از این 2 نوع ماهواره رزلوشن بسیار پایینی را دارا میباشد.

 در سال 2017 نیز محققان بسیاری توانستند تا با استفاده از داده های ماهواره ای میزان رطوبت خاک گیاه گندم را مورد سنجش قرار دهند. در واقع داده های رطوبت خاک گیاهان به محققان کمک کرد تا بتوانند میزان تعرق در گیاهان را مورد بررسی قرار دهند و میزان آب مصرفی گیاهان را محاسبه کنند.

در واقع این محاسبه میزان تعریق گیاه گندم با استفاده از یک شاخص به نام شاخص تفاضل آبی نرمال شده یا NDWI انجام شد. البته این شاخص در چند سال گذشته نیز مبنای محاسبه میزان منابع آبی موجود در مزارع نیز بوده و کشاورزان از این شاخص برای به دست آوردن میزان آب موجود استفاده میکردند.

در سال 2019 نیز محققان با استفاده از شاخص تفاضل پوشش گیاهی نرمال شده یا NDVI توانستند میزان تولید محصول و همچنین رشد گیاه گندم را با استفاده از 2 ماهواره بررسی کنند.

این 2 ماهواره Sentinel-1 و Sentinel 2 بود، در واقع در این تحقیق محققان با ترکیب دادههای سنجندههای ماهواره های نوری و راداری توانستند به دادههای ارزشمندی از میزان منابع آبی پوشش های گیاهی، میزان رشد محصولات و به طور کل سطح مناسب کشت برای گیاه گندم پی ببرند.

شاخص پوشش گیاهی کاربردی در سنجش از راه دور گیاه گندم :

اولین وهمچنین مهمترین شاخص پوشش گیاهی برای ارزیابی گیاه گندم، شاخص NDVI یا شاخص تفاضل پوشش گیاهی است. برخی این باورند که این شاخص در واقع شاخصی برای سلامت گیاهان نیز به حساب میآید. به عبارت دیگر هر چه پوشش گیاهی مزرعه شما بیش تر باشد، شاخص NDVI آن نیز بالاتر است و این به معنای سلامت محصولات زمین کشاورزی شما است.

این شاخص عموما توسط اعداد 1+ و 1- بیان میشود. اگر شاخص NDVI مزرعه شما به 1 نزدیک تر باشد، به این معناست که مزرعه شما از پوشش گیاهی مناسبی برخوردار است و اگر به 1- نزدیک باشد به این مفهوم است که از نظر پوشش گیاهی مزرعه شما مطلوب نبست.

محققان با استفاده از این شاخص توانستند عملکرد گیاهان مختلفی را مورد ارزیابی قرار دهند از گیاهانی که با استفاده از این شاخص مورد ارزیابی قرار گرفته است میتوانیم به گندم و همچنین برنج اشاره کنیم.

البته گیاهانی نیز بوده اند که با استفاده از این شاخص محققان نتوانسته اند عملکردشان را آنالیز کنند. به طور مثال در سال 2017 محققان نتوانستند از این شاخص برای آنالیز عملکرد محصول ذرت استفاده کنند.

دومین شاخص برای ارزیابی محصول گندم، شاخص EVI است. این شاخص در واقع یک شاخص بهینه سازی شده از شاخص NDVI است که توانسته بسیاری از نقص های شاخص NDVI را برطرف کند.

در واقع این شاخص سیگنال های پوشش گیاهی را افزایش میدهد و با حساسیت بیش تر محصولات گیاه را مورد آنالیز قرار میدهند.

سومین شاخص که بسیاری در محصول گندم کاربرد دارد، شاخص NDWI یا شاخص تفاضلی آب نرمال شده است.

همانطور که در متن بالا نیز توضیح دادیم، این شاخص یکی از مهم ترین شاخص ها برای ارزیابی میزان رطوبت خاک و تعریق گیاهان است.

در واقع کاربرد اصلی این شاخص برای ارزیابی میزان خشکی و تنش آبی در گیاهان است. همانطور که میدانید تنش آبی و کمبود آب میتواند اثرات جبران ناپذیری بر محصولات کشاورزی خصوصا محصول گندم داشته باشد.

ارزیابی نکردن این شاخص میتواند اثرات و پیامدهای جبران ناپذیری برای مزارع داشته باشد به همین منظور کشاورزان باید با استفاده از داده های ماهواره ای و با استفاده از نرم افزارهای مخصوص این شاخص را مورد ارزیابی قرار دهند و از تنش آبی در گیاهان جلوگیری کنند.

جدیدترین تحقیقات در پایش ماهواره‌ای محصول گندم به چه صورت بوده است؟

آخرین تحقیقات در پایش ماهواره ای محصول گندم در سال 2019 و در کشور مغولستان شکل گرفت. این تحقیقات در بازه زمانی ماه های میلادی May تا September با استفاده از 2 ماهواره Sentinel 1 و Sentinel 2 انجام شد و با استفاده از داده های حاصل از این ماهواره ها متوجه تاثیر 2 شاخص NDVI و NDWI برمیزان پایش و کنترل محصول گندم شدند.

در تصویر زیر شما میتوانید داده های NDVI حاصل از ماهواره Sentinel 2 را مشاهده کنید. همانطور که میبینید در ماه‌های June تا August این شاخص تقریبا افزایش پیدا کرده است که این موضوع نشان دهنده رشد محصول گندم بوده است.

همچنین در تصویر زیر شما میتوانید داده های NDWI حاصل از ماهواره Sentinel 2 را مشاهده کنید. با دیدن این تصویر متوجه میشوید که در ماه های May تا June تصاویر بسیار کم رنگ هستند.

باید به شما بگوییم که در این ماه ها برای گیاه کاهش شدید بارندگی رخ داده و گیاه متحتمل تنش آبی شده است که در ماههای August این تنش آبی برطرف شده است.

به علاوه در تصویر زیر شما نموداری از میزان رشد محصول گندم و شاخص های NDVI و NDWI را مشاهده میکنید. در واقع در فصول May تا September گیاه در مرحله فنولوژیکالی خود قرار گرفته و در ماه August به بالاترین میزان رشد خود دست یافته که این میزان رشد سبب افزایش شاخص های NDVI و NDWI شده است.

یک نتیجه گیری در انتها این متن داشته باشیم:

همانطور که مشاهده کردین با استفاده از اطلاعات بدست امده از تصاویر ماهواره‌ای میتوان روند رشد را به همراه چالش هایی که برای محصول در دوره داشت اتفاق می افتد را بررسی کنیم.

از این رو با بدست آوردن چنین ازلاعات ارزشمندی در دوره زمانی های بسیار کوتاه (در بازه زمانی 2 تا 5 روز یکبار) میتوانیم در جهت رفع تنش ها در بهترین زمان اقدام کرده و باعث افزایش عملکرد در واحد سطح شویم.

آیا تنها پایش ماهواره‌ای برای ارزیابی محصول گندم کاربردی است؟ از چه روش‌های دیگری برای سنجش از دور این گیاه میتوان استفاده کرد؟

در جواب این سوال باید به شما بگوییم که خیر تنها پایش ماهواره ای برای سنجش گیاه گندم استفاده نمی‌شود. همانطور که در ابتدای این مقاله هم به شما یادآور شدیم، میتوان برای آنالیز عملکرد محصول گندم از دیگر روش های سنجش از دور نیز استفاده کرد. یکی از کاربردی ترین و همچنین راحت ترین روش ها پس از پایش ماهواره ای، پایش UAV یا پایش به کمک پهپاد ها و بالگرد هاست.

اولین بار در قرن 20 ام این تکنولوژی معرفی شد و در اواخر قرن 20 ام به صورت گسترده مورد استفاده در کشاورزی قرار گرفت.

در واقع همانطور که در متن بالا هم گفتیم، شاید یکی از معایب پایش ماهواره ای و استفاده از ماهواره برای سنجش گیاهان رزلوشن پایین تصاویر ارسالی به زمین باشد.

تکنولوژی UAV و پهپاد ها تا حدودی این مشکلات را از بین میبرند و میتوانند تصاویر با رزلوشن به مراتب بالاتری نسبت به ماهواره ها به سطح زمین ارسال کنند. همچنین با استفاده از این تکنولوژی میتوان به 3 داده مهم نسبت به گیاهان دست پیدا کرد.

1- میزان پوشش گیاهی 2- میزان رشد گیاهان در زمان های مختلف 3- تخمین محصولات تولید شده، این اطلاعات را ما با ماهواره ها بیشتر بدست میاوریم نسبت به پهپاد ها.

به عبارت دیگر در پهپادهایی که وظیفه پایش گیاهان را بر عهده دارند، سنسورهایی متصل میشود که میتوانند چندین طول موج را شناسایی کنند و بر مبنای آن طول موج ها اطلاعات را به سطح زمین ارسال کنند.

تا کنون محققان حوزه کشاورزی توانستند از این تکنولوژی برای آنالیز عملکرد محصول گندم، برنج و بسیاری از محصولات دیگر استفاده کنند و به داده های مهمیاز آن ها دست پیدا کنند.

البته در برخی از پهپاد ها نیز سنسور ها و دوریین های دیجیتالی وجود دارد که میتواند تصاویر حرارتی از مزرعه بگیرد. این عکس های حرارتی میتوانند میزان شاخص سطح برگ، دمای تاج درختان، محل قرار گیری محصولات و رشد گیاه را اندازه گیری کنند.

شاخص سطح برگ LAI و یا شاخص ماده خشک برگ LDM چیست و چه اطلاعاتی را درباره گیاه گندم به ما میدهد؟

شاخص سطح برگ و شاخص ماده خشک برگ 2 پارامتر مهم فیزیولوژیکی هستند که میزان رشد محصولات را نشان میدهد. اگر بخواهیم یک تعریف از شاخص سطح برگ به شما بگوییم. در واقع شاخص سطح برگ یا LAI نسبت سطح برگ گیاهان به سطح زمین است.

از این شاخص میتوان به اطلاعاتی نظیر میزان فتوسنتر گیاهان، میزان جذب اکسیژن و دفع دی اکسید کربن… پی برد.

تا کنون مطالعات بسیاری در مورد آنالیز شاخص سطح برگ و تاج درختان با استفاده از پلتفرم مبتنی بر UAV و پهپاد ها انجام شده است.

خصوصا محققان بر این باورند که استفاده از چنین تکنولوژی علاوه بر اینکه میتواند اطلاعات مفیدی را در اختیار کشاورزان قرار دهد. می‌تواند با کمترین تخریب و به صورت دقیق میزان تولید محصولات را خصوصا در گیاه گندم تخمین بزند.