ЭлБиб

МСХЖ №4/2016

методикой является расчет индекса NDVI

(Normalized Difference Vegetation Index),

отражающего для каждого пиксела соот-

ношение яркостей на снимке в двух зонах

спектра [5]. Известно, что в красной об-

ласти излучения (0,6-0,7 мкм) лежит мак-

симум поглощения солнечной радиации

хлорофиллом, а в ближней инфракрасной

(0,7-3,0 мкм) находится область макси-

мального отражения клеточных структур

листа. Поэтому по своей сути этот индекс

характеризует количество активно ве-

гетирующей биомассы растительности.

Пример изображения с рассчитанными

значениями NDVI представлен на рисунке

2. Кроме него существует еще более 160

других видов индексов, но самое большое

применение при космическом мониторинге

в сельском хозяйстве нашли следующие

показатели.

Индекс условий вегетации (VCI)

явля-

ется интегральным, то есть учитывает не

только текущее состояние растительного

покрова, но и средние, минимальные и

максимальные многолетние показатели.

Основное назначение данного показате-

ля – оценка текущих условий вегетации

на качественном уровне: хуже, в пределах

нормы или лучше средних многолетних

значений для данного периода. Динами-

ка изменения VCI позволяет, например,

отслеживать начало засухи и определять

зону ее распространения.

Индекс изменений растительного по-

крова.

Его расчет построен на сравнении

значений NDVI текущего периода съемки

с предыдущим. Он представляет собой

классификацию данных по типам и интен-

сивности происходящих изменений в фо-

тосинтезе (рисунок 3). Его использование

позволяет выявлять зоны сельскохозяй-

ственных угодий с различными тенден-

циями в изменении состояния сельско-

хозяйственных культур, а его основное

назначение – выявление зон ущерба,

возникающих в результате воздействия

стихийных факторов, а также мониторинг

проведения уборочных работ.

Индекс внутренней неоднородности

полей

использует результаты автомати-

зированной классификации космического

снимка для определения процента одно-

родности развития растительности и поч-

венных процессов на полях (рисунок 4).

Этот показатель может характеризовать

высокую активность эрозионных процес-

сов, засоления, дефляции, гибель посе-

вов от стихийных бедствий и вредителей,

нарушение технологий обработки почв и

т.п. [6].

Анализируя значения индекса NDVI в

пределах выбранных территориальных

единиц (хозяйства, районы), строятся

различные

рейтинги полей

, характери-

зующие их состояние по отношению друг

к другу. Такой рейтинг может позволить,

к примеру, управляющим и надзорным

структурам выявлять участки, не соответ-

ствующие установленным нормам земле-

пользования.

Интегральный анализ всех представ-

ленных показателей в современных ге-

осервисах космического мониторинга за

различные даты съемки способствует раз-

работке более сложных продуктов.

Зоны плодородия почв

строят на ос-

нове детального сравнения изображений

NDVI, индекса изменений растительного

покрова и внутренней неоднородности по-

лей за многолетний период. Совместный

компонентный анализ этих данных позво-

ляет выделить в пределах поля участки со

схожим характером развития посевов от

угнетенного состояния до активного фо-

тосинтеза, проявляющих себя одинаково

или почти одинаково при всех наблюде-

ниях. Это является косвенным признаком

плодородия земли. Площади таких выде-

ленных зон используют при расчетах норм

внесения удобрений, а картографические

изображения (рисунок 5) поступают в бор-

товые устройства сельскохозяйственной

техники для осуществления навигации

точного земледелия.

Значения вегетационного индекса

удобнее интерпретировать в виде годовых

графиков, которые наглядно отражают все

стадии развития посевов. Многолетний

анализ графиков хода NDVI совместно

с метеорологическими сведениями дает

возможность с помощью метода аналогов

определить год-аналог, то есть наиболее

типичное развитие культуры (рисунок 6). В

свою очередь, рассчитывая степень рас-

хождения ежегодных кривых от «аналого-

вых» с учетом сведений об урожайности

за периоды наблюдений, автоматизиро-

вано делается прогноз урожайности. Его

ценность напрямую зависит от количества

и качества всех исходных данных и яв-

ляется вспомогательным инструментом,

позволяющим оценивать потенциальные

риски.

Блок метеорологический информации

отвечает за обработку, анализ и выдачу

сведений о метеопоказателях. Как прави-

ло, в геосервис эти данные поступают в

виде таблиц с ближайшей метеостанции

государственной или пользовательской,

установленной непосредственно в агро-

хозяйстве. Входящая информация ото-

бражается в виде графиков или диаграмм

накопленных значений. Важно чтобы нуж-

ные сведения имелись на дату получения

космической съемки, поскольку погодные

явления непосредственно обосновывают

многие результаты мониторинга, напри-

мер, наличие сплошной облачности или

выпавшего снега приведут к неверной ин-

терпретации индекса NDVI.

Блок информации о рельефе мест-

ности

предоставляет сведения о его

характеристиках в наборе карт. Гипсоме-

трическая карта отражает сведения об

абсолютных высотах территории в по-

слойной окраске, на ней отчетливо вид-

ны формы рельефа и направление стока

вод. Карта уклонов показывает крутизну

склонов в градусах согласно установлен-

ной шкале и обосновывает интенсивность

склоновых процессов. Карта экспозиции

характеризует территорию по объемам

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕРВИСЫ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Рисунок 3.

Пример изображения индекса

изменений растительного покрова, построенного

на основе снимка Landsat-8 по контурам

пахотных полей в геосервисе КосмосАгро

Рисунок 4.

Пример изображения индекса вну-

тренней неоднородности, построенного

на основе снимка Landsat-8 по контурам

пахотных полей в геосервисе КосмосАгро

Рисунок 5.

Карта зон плодородия полей,

построенная в геосервисе КосмосАгро

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека