Drónos talajvizsgálat

A talaj megfelelő állapotban tartása még mindig elengedhetetlen része a fenntartható termelésnek, ezért a gazdálkodóknak stratégiai szempontból folyamatosan figyelemmel kell kísérniük a talaj összetételét.

Nagy kiterjedésű terület ellenőrzése drónnal?

A mezőgazdasági technológia fejlődése segít a gazdáknak pontos adatokat gyűjteni a területeikről, így megalapozottabb döntéseket hozhatnak. Az ilyen típusú technológia egyik példája a drónokkal végrehajtható hagyományos RGB és multi- vagy hiperspektrális távérzékelés, amikor fejlett érzékelők segítségével képesek vagyunk nagy kiterjedésű mezőgazdasági terület elemzését, például talajvizsgálatát is elvégezni. A hatékony növénytermesztéshez a talaj és egyéb környezeti tényezők összhangjára van szükség. Igaz, hogy a gazdálkodók nem tudják befolyásolni a csapadék mennyiségét, sem annak eloszlását, illetve az átlaghőmérsékletet vagy a szélerősséget, de van lehetőségük a megfelelő talajállapot kialakítására, hogy ezzel csökkentsék a többi negatívan befolyásoló tényező hatásait.

Jelenleg a drónokkal végezhető feladatok közül az egyik kevésbé ismert terület a talajvizsgálatokkal kapcsolatban végrehajtott repülés, mivel a talaj mint termesztőközeg komplex – mind fizikai, mind kémiai tulajdonságait figyelembe vevő – elemzése komoly felkészültséget és műszerezettséget kíván meg. Míg fizikai állapotának vizsgálata nem feltétlenül kíván laboratóriumi műszereket, azaz szemrevételezéssel és egyszerűbb eszközök felhasználásával is elvégezhető, addig a kémiai összetétel már más terület. Jelenleg az elfogadott vizsgálati eredmények a begyűjtött és egalizáláson átesett talajminták laboratóriumi elemzésének eredményei. Ez a módszertan bár elfogadott, megfelelő kivitelezése már nehézkesebb lehet.

A mintaterület mérete, az alminták darabszáma, azok mintavételi pontjának meghatározása, majd végül azok begyűjtése időigényes folyamat. Ezt a folyamatot tudjuk leegyszerűsíteni és pontosítani drónokra alapozott távérzékelési műveletekkel. Bár rendelkezésünkre állnak viszonylag pontos talajtérképek, akár táblaszinten is, de napjainkban egyre jelentősebbé válik a földmérési pontossággal elvégzett bemérések és számítások aktualizálása, melyek drónos monitoringtevékenységek során elérhetők.

A kívánt pontosság eléréséhez, attól függően, hogy minek kell megfelelni, felméréseket hajthatunk végre, akár a látható fénytartomány rögzítésével, alacsony, földi felbontással rendelkező ortofotók vizsgálatával kombinálva, akár centiméteres pontosságú, 5 centiméteres nagyságrendű, földi felbontással rendelkező multi- és/vagy hiperspektrális felvételek, speciális algoritmusokkal támogatott menedzsmentzóna és mintavételi hely meghatározásával. Ez a szolgáltatási színvonal párhuzamban kell hogy álljon az elvárt eredmény pontosságának mértékével, hiszen nem mindegy, hogy csak valamilyen előírásnak kell megfelelni, vagy a termelő valódi képet akar kapni termőföldje talajviszonyairól.

Talajmintavételre is alkalmas pilóta nélküli légi járművek

A hagyományos mintavételen alapuló tápanyag-gazdálkodási vizsgálatok teljes folyamata kivitelezhető már drónokkal, mivel 2011 óta létezik szabadalommal védett, talajmintavételre alkalmas pilóta nélküli légijármű. Jelentőségük nem a nagyszámú mintavételezés során jelentkezett, azaz a hagyományos gazdálkodásban, hanem sokkal inkább ott, ahol hagyományos földi eszközökkel egyáltalán nem vagy csak alig, esetleg nagyobb veszélynek kitéve lehetett a mintavételezést elvégezni.

Ma már sokkal elfogadottabb és jelentősebb felhasználási forma a drónok és a talaj vizsgálatának tekintetében a tápanyag-gazdálkodás digitális elemzése drónos távérzékelési módszerekkel.

A talaj szerves anyaga döntő fontosságú tényező a növények növekedése szempontjából, mivel alapvető tápanyagokat biztosít a növények számára, és fenntartja az ökoszisztéma működését. A pontos térbeli eloszlására vonatkozó információk megszerzésével és nagy pontosságú térképek készítésével a gazdálkodók megalapozott döntéseket hozhatnak a talajerő-gazdálkodással kapcsolatban. A szervesanyag-tartalom gyors és pontos feltérképezése tehát továbbra is kiemelt jelentőségű, a távérzékelési technológiának hála a célzott beavatkozások és munkálatok akár jóval könnyebben végrehajthatóak.

Jelenleg a feltérképezés főként terepi mintákon és laboratóriumi, kémiai elemzéseken alapul. A szántóföldi minták szervesanyag-tartalmának mérése nagyon pontos, de a munkaerő és vizsgálati költségek magasak, valamint a feldolgozás legtöbbször időigényes lehet. A terepi mérések csak az adott mintavételi helyen lévő szervesanyag-tartalomról adhatnak információt, így a mintavételi pontokon kívüli szervesanyag-tartalmat térbeli interpolációs technikák alkalmazásával kell megbecsülni. Ez is természetesen lehetővé teszi a terület térbeli térképének közvetett létrehozását.

A távérzékelési technológia tehát hatékony és gazdaságos eszköze a térbeli információk megszerzésének. Az utóbbi években a távérzékelés technológiája gyors fejlődésen ment keresztül, és a talaj szerves anyaga térbeli eloszlása feltérképezésének egy új eszközévé vált.

Jelenleg a távérzékelést leginkább a nagy térbeli kiterjedésű feltérképezésre használják legtöbbször. A talaj-szervesanyag távérzékelésből történő mérésének mechanizmusát széles körben tanulmányozták, mivel az kifejezett spektrális választ mutat a látható és közeli infravörös tartományokban, különösen a 600–800 nm tartományban. Továbbá, a szervesanyag-tartalom és az ebben a sávban mért spektrális értékek között jelentős negatív korreláció áll fenn.

Ennek a távérzékelési típusnak az alapvető módszerei

1.) Hordozható terepi spektroradiométerrel végzett hiperspektrális adatokon alapuló távérzékelési inverziós módszer. Az értékek meghatározhatóak laboratóriumban vagy közvetlenül a terepen is.

2.) Multispektrális felvételeken alapuló távérzékelési inverziós módszer.

3.) Hiperspektrális képeken alapuló távérzékelési inverziós számítás légi, illetve műholdas alapon. A műholdas hiperspektrális felmérés korábban népszerű megközelítés volt, olykor azonban csak korlátozottan rendelkezésre álló adatok és a mai technológiához mérten rosszabb minőségű geometriai felbontás miatt visszább szorult bizonyos felhasználási formája. Sajnos a műholdas alapú multispektrális térképezés a jelenlegi eszközök tükrében nem felel meg a szervesanyag-térképezés tényleges igényeinek, az alacsonyabb térbeli felbontása miatt.

(4.) A műholdas, radaros távérzékelési képen alapuló inverziós módszer.

(5.) A több forrásból származó adatok fúzióján alapuló távérzékelési inverzió. A többforrású kiértékelés olyan megközelítés, amely jellemzően a földi mérések, a multispektrális, a hiperspektrális és a radarokból származó adatforrások kombinációja. A földi spektrométer adatai könnyen beszerezhetők, és az inverziós pontossága nagy, de a spektrométer csak korlátozott pontskálát képes lefedni. Ez a módszer nagyszámú terepi mintavételi pontot igényel, ami idő- és munkaigényes folyamat.

A multispektrális műholdak gazdag adatforrással, relatív alacsony költségráfordítással beszerezhető képeket szolgáltatnak, de a felbontás és az inverziós pontosságuk korlátozott. Ez a módszer alkalmas nagy kiterjedésű területek vizsgálatára és értékelésére, de táblaszinten a felhasználása nem elég pontos. A hiperspektrális és a radarképek jóval nehezebben beszerezhetők, valamint költségesebbek is a multispektrális képanyagokhoz képest, feldolgozásuk és kiértékelésük ezért korlátozottabb, így az alkalmazásuk napjainkban több területen is visszaszorulóban van. Összességében a több forrásból származó adatfúziós módszer még fejlesztés alatt áll, és a pontosság, valamint a hatékonyság nem garantálható stabilan.

A talaj precíziós szabályozásához és a trágyázáshoz nagy térbeli felbontású szervesanyag-térképezésre van szükség táblaszinten.

A pilóta nélküli légijárművek (UAV) távérzékelés tekintetében agilisságukkal és több típusú felhasználásukkal nemcsak rugalmasságot adnak az adatgyűjtéshez, de centiméteres pontossággal, nagy térbeli felbontású távérzékelési képek készítésével segíthetik a munkafolyamatokat, valamint alacsony költségszinten üzemeltethető adatforrást biztosíthatnak nagy pontosságú térképezéshez.

Csuvár Árpád
ABZ Drone Kft.