Применение гиперспектральных изображений для определения стресса растительности

Гиперспектральные снимки революционизируют способы использования данных наблюдения Земли в сельскохозяйственном секторе.

В течение многих лет дистанционное зондирование играло важнейшую роль в мониторинге растительности и поддержке сельскохозяйственной практики. Однако традиционные методы, использующие мультиспектральные датчики, ограничены в своих возможностях обеспечить всестороннее понимание сельскохозяйственного ландшафта.

Представляем вашему вниманию гиперспектральные спутники Pixxel, технология которых позволяет получать изображения в 250 спектральных диапазонах с ожидаемым пространственным разрешением 5 метров. Эта передовая технология способна кардинально изменить мониторинг, смягчение и предотвращение стресса растительности в сельскохозяйственном секторе. От классификации конкретных культур и их сортов до отслеживания параметров здоровья — возможности гиперспектральных снимков безграничны.

Что вызывает стресс растительности?

Стресс растительности возникает, когда какое-либо неблагоприятное условие или вещества влияют на метаболизм, рост или развитие растения, или блокирует их. Стресс растений и растительности различается по интенсивности и продолжительности и может быть вызван различными природными и антропогенными факторами. В целом, его можно разделить на четыре группы:

·         Биотические — вызванные внешними живыми факторами, такими как бактерии, вирусы, грибы, насекомые и другие растения;
·         Абиотические — вызванные неживыми компонентами экосистемы, например, экстремальными температурами или сильными ветрами;
·         Физические — обусловленные физической средой, включая засуху, заболачивание и засоление; и
·         Химические — вызванные состоянием окружающей среды, таким как загрязнение воздуха, разливы нефти или газа, пестициды или pH почвы.
Ряд исследований выявил последствия стресса растительности, включая изменения темпов роста, урожайности, характера впитывания воды, уровня pH и дефицита питательных веществ. Это означает, что раннее обнаружение и диагностика имеют основополагающее значение для предотвращения и устранения последствий стресса. Именно здесь гиперспектральные спутниковые снимки могут быть максимально использованы.

Гиперспектральная съемка: путь вперед

Все объекты или элементы излучают уникальные спектральные характеристики. Датчики гиперспектральной съемки, установленные на спутниках или других воздушных платформах, используют эту спектральную сигнатуру для идентификации этих объектов и, в конечном итоге, отслеживания изменений в их состоянии или масштабе. Гиперспектральная съемка регистрирует непрерывное спектральное значение для каждого пикселя, а не присваивает дискретные значения, как в случае мультиспектральной съемки.

Каждая сельскохозяйственная культура также имеет известное спектральное значение на каждой стадии развития. Любое отклонение от этого значения может быть ранним признаком заболевания или стресса задолго до появления каких-либо видимых симптомов. Датчики гиперспектральной съемки способны фиксировать незначительные отклонения в этих спектральных сигнатурах и любые аномалии. Отличительной чертой гиперспектральной съемки является ее уникальная способность фиксировать различные химические и биологические характеристики отдельных видов растений, анализируя их отражательные свойства в диапазоне узких спектральных диапазонов.

Помимо раннего выявления значимых факторов и методов обработки, этот метод также может применяться для оценки влияния окружающей среды или местности на крупномасштабное сельское хозяйство и разработки будущих стратегий посева. Эти данные затем могут быть использованы для обоснования частых вмешательств и обеспечения более устойчивого процесса принятия решений.

Применение гиперспектральной визуализации в сельском хозяйстве

Гиперспектральная визуализация хорошо подходит для своевременного и эффективного выявления, лечения и предотвращения вегетационного стресса. Одним из конкретных применений является обнаружение старения - процесса, при котором растительные клетки перестают делиться и начинают разрушаться, что приводит к старению и, в конечном счете, к гибели.

Спутниковые гиперспектральные снимки также могут использоваться для выявления воздействия абиотических стрессоров, таких как неблагоприятный ветер, температура и доступность воды. Хотя эти факторы неизбежны и обусловлены особенностями местности, окружающей средой или изменением климата, своевременная диагностика позволяет своевременно вмешаться и, следовательно, смягчить стресс для растений.

Химический стресс возникает из-за токсичных веществ или дефицита питательных веществ. Поскольку каждый элемент имеет спектральную сигнатуру, это можно использовать для распознавания, идентификации и определения местоположения источника вредных химических веществ с помощью датчиков гиперспектральных снимков. Уже известны примеры использования гиперспектральных снимков для обнаружения наличия тяжелых металлов и утечек нефти и газа. Аналогичным образом, любой физический стресс, вызванный такими явлениями, как засуха или заболачивание, может быть выявлен и эффективно и экономично устранен с помощью гиперспектральных снимков.


С появлением технологии гиперспектральной съемки формируется новый стандарт в сельском хозяйстве. Преодолевая первоначальные препятствия, гиперспектральная съемка набирает популярность в сельском хозяйстве и готова произвести революцию в этой отрасли.
‍