כלי טיס בלתי מאוישים (כלי טיס בלתי מאוישים) יכולים לשאת מגוון חיישני חישה מרחוק, שיכולים להשיג מידע רב-ממדי ובדיוק גבוה על אדמות חקלאיות ולממש ניטור דינמי של סוגים מרובים של מידע על אדמות חקלאיות. מידע כזה כולל בעיקר מידע על תפוצה מרחבית של גידולים (מיקום אדמות חקלאיות, זיהוי מיני גידולים, הערכת שטח וניטור דינמי של שינויים, חילוץ תשתיות שדה), מידע על גידול גידולים (פרמטרים פנוטיפיים של גידולים, אינדיקטורים תזונתיים, יבול), ודינמיקה של גורמי עקה על גידול גידולים (לחות שדה, מזיקים ומחלות).
מידע מרחבי על קרקע חקלאית
מידע על מיקום מרחבי של אדמות חקלאיות כולל קואורדינטות גיאוגרפיות של שדות וסיווגי גידולים המתקבלים באמצעות הבחנה חזותית או זיהוי מכונה. ניתן לזהות את גבולות השדות באמצעות קואורדינטות גיאוגרפיות, וניתן גם להעריך את שטח השתילה. השיטה המסורתית של דיגיטציה של מפות טופוגרפיות כמפת בסיס לתכנון אזורי והערכת שטח אינה יעילה בזמן אמת, וההבדל בין מיקום הגבול למצב בפועל הוא עצום וחסר אינטואיציה, דבר שאינו תורם ליישום חקלאות מדויקת. חישה מרחוק באמצעות רחפנים יכולה להשיג מידע מקיף על מיקום מרחבי של אדמות חקלאיות בזמן אמת, ויש לה יתרונות שאין שני להם של שיטות מסורתיות. תמונות אוויר ממצלמות דיגיטליות ברזולוציה גבוהה יכולות לממש את הזיהוי והקביעה של מידע מרחבי בסיסי של אדמות חקלאיות, ופיתוח טכנולוגיית תצורה מרחבית משפר את הדיוק והעומק של המחקר על מידע על מיקום אדמות חקלאיות, ומשפר את הרזולוציה המרחבית תוך הצגת מידע גובה, מה שמממש ניטור מדויק יותר של מידע מרחבי של אדמות חקלאיות.
מידע על גידול יבולים
ניתן לאפיין את גידולי היבול על ידי מידע על פרמטרים פנוטיפיים, אינדיקטורים תזונתיים ויבול. פרמטרים פנוטיפיים כוללים כיסוי צמחייה, מדד שטח עלים, ביומסה, גובה צמח וכו'. פרמטרים אלה קשורים זה בזה ומאפיינים יחד את גידולי היבול. פרמטרים אלה קשורים זה בזה ומאפיינים יחד את גידולי היבול וקשורים ישירות ליבול הסופי. הם דומיננטיים במחקר ניטור מידע חקלאי ומחקרים נוספים נערכו.
1) פרמטרים פנוטיפיים של היבול
מדד שטח העלים (LAI) הוא סכום שטח העלים הירוקים החד-צדדי ליחידת שטח פנים, שיכול לאפיין טוב יותר את ספיגת הגידול וניצולה של אנרגיית האור, והוא קשור קשר הדוק להצטברות החומר של הגידול ולתנובה הסופית. מדד שטח העלים הוא אחד מפרמטרי גידול הגידולים העיקריים המנוטרים כיום על ידי חישה מרחוק של כטמ"שים. חישוב מדדי צמחייה (מדד צמחייה יחס, מדד צמחייה מנורמל, מדד צמחייה של תנאי קרקע, מדד צמחייה הפרשי וכו') עם נתונים רב-ספקטרליים וביסוס מודלי רגרסיה עם נתוני אמת קרקעית היא שיטה בוגרת יותר להיפוך פרמטרים פנוטיפיים.
ביומסה מעל הקרקע בשלב הצמיחה המאוחר של גידולים קשורה קשר הדוק הן לתנובה והן לאיכות. כיום, הערכת ביומסה באמצעות חישה מרחוק של רחפנים בחקלאות עדיין משתמשת בעיקר בנתונים רב-ספקטרליים, מחלצת פרמטרים ספקטרליים ומחשבת מדד צמחייה לצורך מידול; לטכנולוגיית תצורה מרחבית יש יתרונות מסוימים בהערכת ביומסה.
2) אינדיקטורים תזונתיים של גידולים
ניטור מסורתי של מצב תזונתי של גידולים דורש דגימה בשטח וניתוח כימי בתוך הבית כדי לאבחן את תכולת החומרים המזינים או האינדיקטורים (כלורופיל, חנקן וכו'), בעוד שחישה מרחוק של רחפנים מבוססת על העובדה שלחומרים שונים יש מאפייני ספיגה-החזרה ספקטרליים ספציפיים לאבחון. כלורופיל מנוטר על סמך העובדה שיש לו שני אזורי ספיגה חזקים בפס האור הנראה, כלומר החלק האדום של 640-663 ננומטר והחלק הכחול-סגול של 430-460 ננומטר, בעוד שהספיגה חלשה ב-550 ננומטר. מאפייני צבע ומרקם העלים משתנים כאשר גידולים סובלים מחסר, וגילוי המאפיינים הסטטיסטיים של צבע ומרקם התואמים לחסרים שונים ותכונות קשורות הוא המפתח לניטור חומרים מזינים. בדומה לניטור פרמטרי צמיחה, בחירת פסים אופייניים, מדדי צמחייה ומודלים לחיזוי היא עדיין התוכן העיקרי של המחקר.
3) תנובת היבול
הגדלת תנובת היבול היא המטרה העיקרית של פעילויות חקלאיות, והערכה מדויקת של תנובת היבול חשובה הן עבור מחלקות ייצור חקלאי והן עבור מחלקות קבלת החלטות ניהוליות. חוקרים רבים ניסו ליצור מודלים להערכת תנובת היבול בעלי דיוק ניבוי גבוה יותר באמצעות ניתוח רב-גורמי.
לחות חקלאית
לחות אדמה חקלאית מנוטרת לעתים קרובות באמצעות שיטות אינפרא אדום תרמיות. באזורים עם כיסוי צמחייה גבוה, סגירת הפיוניות של העלים מפחיתה את אובדן המים עקב דיות, מה שמפחית את שטף החום הסמוי על פני השטח ומגביר את שטף החום הרגיש על פני השטח, מה שבתורו גורם לעלייה בטמפרטורת החופה, הנחשבת לטמפרטורת חופת הצמח. מכיוון ששיקוף מאזן האנרגיה של הגידול באמצעות מדד עקת המים יכול לכמת את הקשר בין תכולת המים של הגידול לטמפרטורת החופה, כך שטמפרטורת החופה המתקבלת על ידי חיישן אינפרא אדום תרמי יכולה לשקף את מצב הלחות של האדמה החקלאית; אדמה חשופה או כיסוי צמחייה באזורים קטנים, ניתן להשתמש בהיפוך עקיף של לחות הקרקע עם טמפרטורת תת-הקרקע, שהוא העיקרון: כאשר החום הסגולי של המים גדול, טמפרטורת החום משתנה באיטיות, כך שהפיזור המרחבי של טמפרטורת תת-הקרקע במהלך היום יכול לבוא לידי ביטוי בעקיפין בהתפלגות לחות הקרקע. לכן, ההתפלגות המרחבית של טמפרטורת תת-הקרקע במהלך היום יכולה לשקף בעקיפין את התפלגות לחות הקרקע. בניטור טמפרטורת החופה, אדמה חשופה היא גורם הפרעה חשוב. מספר חוקרים חקרו את הקשר בין טמפרטורת הקרקע החשופה לכיסוי הקרקע של היבולים, הבהירו את הפער בין מדידות טמפרטורת החופה הנגרמות על ידי הקרקע החשופה לבין הערך האמיתי, והשתמשו בתוצאות המתוקנות בניטור לחות האדמה החקלאית כדי לשפר את דיוק תוצאות הניטור. בניהול הייצור החקלאי בפועל, דליפת לחות בשדה היא גם מוקד תשומת הלב, נערכו מחקרים המשתמשים במצלמות אינפרא אדום כדי לנטר דליפת לחות מתעלות ההשקיה, הדיוק יכול להגיע ל-93%.
מזיקים ומחלות
השימוש בניטור החזרה ספקטרלית באינפרא אדום קרוב של מזיקים ומחלות צמחים, המבוסס על: עלים באזור האינפרא אדום הקרוב של השתקפות על ידי רקמת הספוג ובקרת רקמת הגדר, צמחים בריאים, שני פערים אלה ברקמות מלאים בלחות והתפשטות, מהווים מחזיר טוב של קרינה שונה; כאשר הצמח ניזוק, העלה ניזוק, הרקמה נבולה, המים מצטמצמים, השתקפות האינפרא אדום מצטמצמת עד לאיבוד.
ניטור טמפרטורה באמצעות אינפרא אדום תרמי הוא גם אינדיקטור חשוב למזיקים ומחלות בגידולים. צמחים בתנאים בריאים, בעיקר באמצעות שליטה על פתיחת וסגירת הפיוניות של העלים, ויסות דיות, כדי לשמור על יציבות הטמפרטורה שלהם; במקרה של מחלה, יתרחשו שינויים פתולוגיים, האינטראקציות בין הפתוגן למארח, הפתוגן על הצמח, במיוחד ההיבטים הקשורים לדיות, יקבעו את עליית הטמפרטורה וירידת הטמפרטורה באזור הנגוע. באופן כללי, חישת הצמח מובילה לביטול פתיחת הפיוניות, ולכן הדיות גבוהה יותר באזור החולה מאשר באזור הבריא. הדיות הנמרצת מובילה לירידה בטמפרטורה של האזור הנגוע ולהפרש טמפרטורה גבוה יותר על פני העלה מאשר בעלה רגיל עד להופעת כתמים נמקיים על פני העלה. התאים באזור הנמקיים מתים לחלוטין, הדיות בחלק זה אובדת לחלוטין, והטמפרטורה מתחילה לעלות, אך מכיוון ששאר העלה מתחיל להידבק, הפרש הטמפרטורה על פני העלה תמיד גבוה יותר מזה של צמח בריא.
מידע נוסף
בתחום ניטור מידע של אדמות חקלאיות, לנתוני חישה מרחוק של כט"מים מגוון רחב יותר של יישומים. לדוגמה, ניתן להשתמש בהם כדי לחלץ את שטח התירס שנפל באמצעות מאפייני מרקם מרובים, לשקף את רמת הבשלות של העלים במהלך שלב הבשלות של הכותנה באמצעות מדד NDVI, וליצור מפות מרשמים ליישום חומצה אבציסית שיכולות להנחות ביעילות את ריסוס החומצה האבציסית על כותנה כדי למנוע יישום מוגזם של חומרי הדברה, וכן הלאה. בהתאם לצורכי ניטור וניהול אדמות חקלאיות, זוהי מגמה בלתי נמנעת לפיתוח עתידי של חקלאות ממוחשבת ודיגיטלית לחקור באופן רציף את המידע של נתוני חישה מרחוק של כט"מים ולהרחיב את תחומי היישום שלהם.
זמן פרסום: 24 בדצמבר 2024