NASA Цифровой двойник сельского хозяйства поможет фермерам улучшить прогнозы урожайности культур

Успех или неудача сельскохозяйственных культур зависит от сложной сети переменных, включая влажность почвы, содержание питательных веществ и погодные условия. Включение этих переменных в надежные модели имеет решающее значение для прогнозирования урожайности и мониторинга продовольственной безопасности в Соединенных Штатах.

Группа исследователей, поддерживаемая Управлением технологий наук о Земле NASA (ESTO), разрабатывает сельскохозяйственную информационную систему, которая предоставит фермерам более точные прогнозы производительности сельского хозяйства.

«Сельскохозяйственный цифровой двойник» объединяет данные с дистанционных датчиков NASA с данными из таких источников, как Национальная служба сельскохозяйственной статистики Министерства сельского хозяйства США (NASS), чтобы предоставить фермерам индивидуальные описания урожайности, прокладывая путь для подробных прогнозов урожая, адаптированных под конкретные потребности фермера.

Например, фермеры могли бы использовать Сельскохозяйственный цифровой двойник для моделирования того, как определенный сорт кукурузы будет себя чувствовать в Айове в случае засухи, или будет ли определенный вид сои, высаженный в Канзасе, лучше справляется, когда его сажают раньше или позже в течение года.
«Фермерам это может пригодиться для отслеживания последствий нетипичных событий, таких как стремительный ветер, или для принятия решения о том, какой тип семян использовать», — сказал Раджат Биндлиш, научный сотрудник по физическим исследованиям в Центре космических полетов имени Годдарда (GSFC) НАСА и главный исследователь по цифровому двойнику сельского хозяйства.

Брэдли Дорн, управляющий портфелем проектов NASA Agricultural Earth Action, объяснил, что цель — помочь фермерам использовать данные NASA, NOAA и USDA для оценки рисков и максимизации урожайности.

«Мы не говорим фермерам, когда сажать урожай или какие культуры им следует сажать, но мы даем им инструмент, который поможет им принять эти решения», — сказал Доорн.
Суть этих усилий вращается вокруг нового соединения гидрологической модели NASA Land Information System (LIS) с моделью урожайности, Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT). Биндлиш объяснил, что модели урожайности в настоящее время с трудом учитывают поверхностную гидрологию, а объединение LIS с DSSAT делает сельскохозяйственные прогнозы более надежными.

«Цифровой двойник сельского хозяйства использует преимущества современной модели сельскохозяйственных культур и гидрологии, а также данные дистанционного зондирования NASA», — сказал Биндлиш.

Результатом стала полная структура для динамического цифрового двойника, который имитирует физические ограничения, связанные с сельским хозяйством. Завершив эту структуру, Биндлиш и его команда теперь изучают потенциальные тематические исследования, чтобы проверить эффективность своей модели.

«Эта модельная структура позволяет очень легко оценивать данные дистанционного зондирования NASA», — добавил Пан-Вэй Лю, научный сотрудник по гидрологии в GSFC и соисследователь Agricultural Digital Twin. «Я думаю, что это очень ценная информация для сельскохозяйственного сообщества».

В конечном итоге, Биндлиш и его команда надеются поделиться своей работой через удобный веб-портал. Кроме того, их программное обеспечение будет достаточно гибким для будущих улучшений и вливаний с другими цифровыми двойниками системы Земли.
Биндлиш подчеркнул, что эта работа не могла бы быть реализована, если бы не продуктивное сотрудничество между Министерством сельского хозяйства США и NASA. «Все это свидетельствует о том, что команда достигла этой точки», — сказал он.

Программа ESTO Information Systems Technology (IST) финансирует исследования Биндлиша и поддерживает множество других проектов NASA Earth System Digital Twin. Для получения дополнительной информации о сотрудничестве с NASA по разработке новых технологий для изучения Земли посетите esto.nasa.gov/funding-process.

Гейдж Тейлор, NASA Earth Science Technology Office