Az alsó légkör hatása a multispektrális felvételek pontosságára és alkalmazhatóságára
A klímaváltozás és a népességnövekedés komoly hatást gyakorol a mezőgazdasági termelésre, amely hatást az egyre gyakrabban előforduló szélsőséges időjárási jelenségek tovább súlyosbítanak. A modern precíziós technológiák, mint például a térinformatika és a távérzékelés alkalmazása elengedhetetlen a fenntartható termelés biztosítása érdekében, amely megfelel a fogyasztói igényeknek, és alkalmazkodik a változó környezeti feltételekhez. Ezek a technológiák hozzájárulnak a termelés optimalizálásához, a természeti erőforrások takarékosabb felhasználásához és a környezeti hatások mérsékléséhez, ezáltal segítve a mezőgazdaságot a fenntarthatóság felé terelni.
Mi az a multispektrális képalkotás, és miért fontos?
A precíziós gazdálkodás egyik alappillére a távérzékelés, amely olyan adatokat szolgáltat a gazdák részére, amelyek nélkülözhetetlenek a hatékony döntéshozatalhoz. A műholdakkal vagy drónokkal végzett távérzékelés a helyi mérésekkel szemben olyan technológia, melynek során az adatgyűjtés valamilyen közvetítő közeg (esetünkben elektromágneses sugárzás, azaz a fény) segítségével történik. Előnye, hogy a szenzoroknak nem kell fizikai kapcsolatba kerülniük a vizsgálandó növénnyel, levegővel vagy talajjal, így a mintavételek száma jelentősen megnövelhető.
A multispektrális szenzorok olyan speciális kamerák, amelyek a fény különböző hullámhosszain rögzítik annak visszaverődését, így a látható fény mellett a szabad szemmel nem látható tartományban is képesek adatokat gyűjteni. Ezekből a spektrális adatokból tudunk a kultúrnövény feltérképezésére szolgáló vegetációs indexeket számolni, melyek közül a legáltalánosabb az NDVI (Normalizált Differenciált Vegetációs Index). Az NDVI népszerű és széles körben alkalmazott index, ami a növényeknek azt az élettani tulajdonságát használja ki, hogy az egészséges és aktívan fejlődő növények a fotoszintézis során elnyelik a látható vörös fényt, míg a közeli infravörös fényt visszaverik. A mérés során az említett két spektrum arányából számítanak adatokat.
Az NDVI a biomassza mennyiségének és táblán belüli különbségek kimutatására szolgál. Ez lehetőséget ad a klorofilltartalom meghatározására, a vízhiány, valamint a növényeket érő stresszhatások azonosítására még azelőtt, hogy ezek szabad szemmel is észlelhetővé válnának.
A precíziós mezőgazdaságban a multispektrális képalkotás alkalmazása gyors és megbízható eszközt kínál a termőterületek monitorozására. A technológia fejlődése lehetővé teszi az automatizált adatgyűjtést és az elemzést, így a gazdák a termőföldjeik állapotáról valós idejű információkat szerezhetnek. Feltérképezhetők a területen belül a tápanyag- vagy vízhiányos területek, sőt egyes növényi betegségek is. Az ilyen típusú megfigyelések segítenek minimalizálni a veszteségeket, és optimalizálni a termelékenységet, hiszen az így nyert adatok alapján a gazdák precíziós módon, differenciáltan juttathatnak ki növényvédő szereket vagy tápanyagot a növények számára, sőt az öntözés szükségességének előrejelzésére is alkalmasak.
Hogyan befolyásolja az alsó légkör a műholdas adatokat?
A Széchenyi István Egyetem Albert Kázmér Mosonmagyaróvári Kar mezőgazdasági területein végzett mérések kimutatták, hogy a légkör alsó rétege, a troposzféra állapota jelentős hatással van a műholdas adatok pontosságára. A légkörben jelenlévő pára, aeroszolok és egyéb szennyezőanyagok (por, korom, pollen) torzíthatják a műholdas felvételeken mért spektrális értékeket, ami befolyásolhatja a vegetációs indexek (például az NDVI) számítását.
A vizsgálatok során különböző látási viszonyok mellett készült műholdfelvételeket hasonlítottak össze, hogy meghatározzák a légköri tényezők hatását. A kutatás bebizonyította, hogy gyenge látási viszonyok között a műholdas adatok jelentősen torzulhatnak, ami hibás következtetésekhez vezethet a növények állapotát illetően. Egyes esetekben, mint pl. a magas felhőborítottságú területeken, a képalkotás egyáltalán nem lehetséges. Ezért különösen fontos, hogy a gazdálkodók a műholdas adatok elemzése előtt figyelembe vegyék az időjárási körülményeket, és lehetőség szerint légköri korrekciós módszereket alkalmazzanak.
Mit jelent ez a gazdálkodók számára?
A műholdas adatok használata előtt ellenőrizni kell az időjárási viszonyokat. A kedvezőtlen látási viszonyok torzíthatják az adatokat, ezért érdemes figyelni az aktuális meteorológiai állapotokat. Monitorozódrónok használatával sokkal rugalmasabban és pontosabban gyűjthetünk adatokat, mivel alacsonyabb repülési magasságban működnek, ezáltal kevésbé érzékenyek a légköri zavaró tényezőkre, megbízhatóbb adatokat szolgáltatnak, különösen rossz látási viszonyok esetén. A vegetációs indexek számításánál figyelembe kell venni a légköri torzításokat. Az alsó légköri viszonyok befolyásolják a növények visszaverődési értékeit, ezért fontos a megfelelő korrekciók alkalmazása.
Milyen következtetéseket vonhatunk le?
A kutatás eredményei alapján egyértelmű, hogy a műholdas és drónos adat elemzés során figyelembe kell venni az alsó légköri viszonyokat. Ehhez a gazdálkodóknak ajánlott folyamatosan nyomon követniük a látási viszonyokat, és a műholdas adatokat kiegészíteni helyi időjárási állomások méréseivel. Figyelembe kell venni a levegő páratartalmát, mozgását és felhőzöttségét. Az így kapott adatok lehetővé teszik a pontosabb becsléseket és a megalapozottabb döntéshozatalt. Az NDVI és más vegetációs indexek számítása előtt szükséges lehet a légköri korrekciók alkalmazása, különösen kedvezőtlen időjárási körülmények között. Az ilyen korrekciós módszerek folyamatos fejlesztés alatt állnak, számos kutató dolgozik pontosabb algoritmusok és modellek kidolgozásán, és igyekeznek a gyakorlatban is használt szoftverekbe integrálni ezeket a megoldásokat, hogy azok a felhasználók számára könnyebben hozzáférhetővé váljanak.
Jövőbeli fejlesztési lehetőségek
A technológia fejlődésével egyre nagyobb szerepet kapnak a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás által támogatott adatfeldolgozási megoldások. Ezek a módszerek lehetővé teszik a gyorsabb és pontosabb adatelemzést, valamint előrejelzések készítését a növényállapot-változásokra vonatkozóan.
Másrészről a műholdas adatok elemzésének finomhangolásával egyre megbízhatóbb eredményeket érhetünk el a mezőgazdasági termelés optimalizálása terén. A távérzékelési módszerek fejlődése új lehetőségeket nyit a fenntartható mezőgazdaság számára, amely képes alkalmazkodni a változó klímaviszonyokhoz és a növekvő termelési igényekhez.
Köszönetnyilvánítás
A kutatást a Precíziós Bio-Műszaki Kutatócsoport végezte a 2020-1.1.2-PIACI-KFI-2021-00182 projekt támogatásával.
Széchenyi István Egyetem, Albert Kázmér Mosonmagyaróvári Kar, Biológiai rendszerek és Precíziós Technológiai Tanszék, Mosonmagyaróvár
Karsay Sándor, Szabó Sára
Széchenyi István Egyetem
Albert Kázmér Mosonmagyaróvári Kar
