Fajspecifikus gyomtérképezés távlati lehetőségei távérzékelési módszerekkel Szalay K. – Deákvári J. – Fenyvesi L. – Kovács L. – Gulyás Z.
NAIK Mezőgazdasági Gépesítési Intézet
Előadó: Dr. Szalay Kornél, kutatási osztályvezető
[email protected]
Adat és információ Növekvő adat és információ igény A hagyományos adatgyűjtési módok már nem elegendőek • Korlátozott számú minta • Távol egymástól időben és térben Olyan technológiára van szükség, mely lokális, regionális és globális folyamatok gyors, precíz, gazdaságos elemzését teszi lehetővé A széles körben alkalmazott, rendkívül gyorsan fejlődő távérzékelési módszerek ezt lehetővé teszik
Történelem Távérzékelési eljárások a 80-as évek elejétől… Látható tartomány és Hamis színes fényképek
Történelem… …hőinfra felvételek a 80-as évek végétől…
AGA-782
Kézi IR kamerák ….TIR (Thermal Infra Red) felvételek kézi kamerákkal 2000-től….
FLIR ThermaCAM PM695, 320*240
SP02
SP03
SP01
38,0°C 38
38,0°C 38
36
36 SP01 SP03
34
34
SP02
32
32
30 30,0°C
30 30,0°C
Spektroszkópia és spektrális információ ….VIS-NIR-SWIR (Visible - Near Infrared - Shortwave Infrared) légi hiperspektrális technológia 2006-tól….
Távérzékelés A Földfelszín távérzékelésébe tartozik minden olyan technológia, mely a felszín érintése nélkül történik • Roncsolásmentes eljárás • Az egyetlen fizikai kontaktus az elektromágneses sugárzás Az optikai távérzékelésben az egyik legmodernebb technológia a hipespektrális képalkotó spektroszkópia • Nagymértékben megnövelte az adatgyűjtés hatékonyságát • Új perspektívát nyitott a modern adatszolgáltatási rendszerekben • Környezeti állapot értékelés • Monitoring • Nyersanyagkutatás • Precíziós mezőgazdaság
Fizikai kapcsolat A technológia az évtizedes múltú labor spektroszkópián alapszik • A spektroszópia az anyag és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatását vizsgálja
(NOAA Coastal Service Center (2007) után módosítva)
Spektrális információ Reflectance curves Kukoricaszemek
Reflectance curves Búzaszemek Wheat kernels reflektancia görbéje
Maize kernels reflektancia görbéje
1,0
Reflectanceérték Reflektancia
Reflectanceérték Reflektancia
1,0
0,8
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
0,2
0,2 500
1000 1500 Hullámhossz (nm) Wavelength
2000
500
2500
Tomatogörbéje reflektancia
1,0
2000
2500
Reflectance Talaj curve Soil görbéje reflektancia
1,0 Reflectance Reflektancia érték
Reflectanceérték Reflektancia
Reflectance curve Paradicsom
1000 1500 Hullámhossz (nm) Wavelength
0,8 0,6 0,4 0,2
0,8 0,6 0,4 0,2
0,0 500
1000 1500 Wavelength Hullámhossz (nm)
2000
2500
500
1000 1500 Wavelength Hullámhossz (nm)
2000
2500
Spektrális információ Reflectance curves Kukoricaszemek
Reflectance curves Búzaszemek Reflectanceérték Reflektancia
0,8 1,0
Maize kernels.mn
1,0 Spectralösszehasonlítása Data Reflektancia görbék 0,8 Soil.mn
Reflectanceérték Reflektancia
Wheat kernels reflektancia görbéje
1,0
Tomato.mn
Wheat kernels.mn
0,6
0,6 0,9
0,4
0,4 0,8
0,2
0,2
Reflektancia érték Reflectance
0,7
500
0,6 1000 1500 Hullámhossz (nm) Wavelength 0,5
2000
500
2500
0,4Paradicsom Reflectance curve
reflektancia 0,3 Tomatogörbéje
1,0
0,1
0,6 0,0
0,4
400
600
800
2000
2500
Soil görbéje reflektancia
1,0
0,2
0,8
1000 1500 Hullámhossz (nm) Wavelength
Reflectance Talaj curve
1000
1200
Reflectance Reflektancia érték
Reflectanceérték Reflektancia
Maize kernels reflektancia görbéje
0,8 0,6
1400 1600 0,4 Wavelength Hullámhossz (nm)
0,2
1800
2000
2200
2400
0,2
0,0 500
1000 1500 Wavelength Hullámhossz (nm)
2000
2500
500
1000 1500 Wavelength Hullámhossz (nm)
2000
2500
Távérzékelési eszközök ASD FieldSpec3 MAX terepi spektroradiométer (350-2500 nm)
Hiperspektrális AISA DUAL légi ikerszenzor rendszer (képalkotó spektroszkópia) AISA DUAL (400-2450) nm EAGLE (400-970 nm)
HAWK (970-2450 nm)
Elektromágneses spektrum
Laboratóriumi spektrális technológia „Ex situ”-módszer a laboratóriumi viszgálatokhoz • Egyedi fényizolált laborszekrényt fejlesztettünk • A külső fényhatásoktól független • Mesterséges fényforrás • Nem-kívánt belső reflexiók minimalizálása • Kimagasló precizitás
Laboratóriumi spektrális technológia „Ex situ”-módszer a laboratóriumi viszgálatokhoz • Egyedi fényizolált laborszekrényt fejlesztettünk • A külső fényhatásoktól független • Mesterséges fényforrás • Nem-kívánt belső reflexiók minimalizálása • Kimagasló precizitás
Terepi spektrális technológia „In situ” módszer a terepi adatgyűjtéshez • Hordozható • Természetes környezet • Természetes megvilágítás • Időjárási tényezők • Korrekciós eljárások • Földi referencia
Szerepe a fenntarthatóságban és a jövő mezőgazdálkodásban…
FAO, 2015
UNESCO, 2015
Wikipedia, 2015
Költséghatékonyság Környezevédelem Gyomírtó- és növényvédőszerek, tápanyagok ésszerű alkalmazása
EU Commission, 2015
Hely és hatóanyagspecifikus kijuttatás
SAI, 2015
Gyomok azonosíthatóságának vizsgálata • Terepi spektrumok gyűjtése egyöntetű őszi búzaállományról • Homogén gyomfoltok azonosítása • Terepi spektrumok gyűjtése gyomfoltokról (búzatáblában és táblaszélen)
Gyom- és kultúrnövények terepi vizsgálata Gyomnövények: •Ragadó galaj (Galium aparine) •Mezei acat (Cirsium arvense) •Apró szulák (Concolvulus arvensis) •Parlagfű (Ambrosia artemisiifolia) •Szőrös disznóparéj (Amaranthus retroflexus) •Tyúkhúr (Stellaria media) •Pásztortáska (Capsella bursa-pastoris) •Piroslevelű árvacsalán (Lamium purpureum) •Fehér libatop (Chenopodium album) •Pokolvar libatop (Chenopodium hybridum) Kultúrnövény: •Őszi búza (Triticum aestivum) Talaj:
Gyom- és kultúrnövények spektrumainak összehasonlítása Triticum aestivum
Talaj
19
Gyom- és kultúrnövények spektrumainak összehasonlítása Chenopodium album
Cirsium arvense
20
Gyom- és kultúrnövények spektrumainak összehasonlítása
Összes kalibrációs mérési eredmény (kultúrnövény, talaj, gyomnövények)
Gyom- és kultúrnövények spektrumainak statisztikai feldolgozása • Spektrumok elő-feldolgozása - szűrés
Légköri elnyeléssel terhelt hullámhossztartományok szűrése
Gyom- és kultúrnövények spektrumainak statisztikai feldolgozása • Spektrumok elő-feldolgozása – spektrum-transzformációs lépések
Gyom- és kultúrnövények spektrumainak statisztikai feldolgozása • Spektrumok felügyelt osztályozása: oIsmert osztályok képzése oFőkomponens analízis végrehajtásával végzett modellalkotás oModell validálása (azonosítás) a modell számára ismeretlen spektrumokkal
Gyomok és kultúrnövények elkülönítése
25
Gyomok és kultúrnövények azonosítása
26
Gyomok és kultúrnövények elkülönítése
27
Gyomok és kultúrnövények azonosítása
28
Gyomok azonosításának folyamatábrája
Spektrális információ légi felvételeken
30
A légi hiperspektrális távérzékelés Radiometriai Geometria korrekció korrekció
Atmoszférikus korrekció és mozaikolás
Osztályozás
Validálás
Kezelési térkép alapján…
• • • • • • •
Tematikus térkép alapján Időablak az adatfeldolgozás és kezelés között Időjárási korlátok Nagy fajlagos költségek kis területen Nagy szakértelmet igényel Többcélú adatfelhasználás lehetősége Elsősorban szaktanácsadási rendszerek szintjén
Online módon… • Nincsen szükség tematikus térképre • Éjszaka, felhős időben, vagy ködben is üzemel is működőképes • Szakértelmet nem igénylő alkalmazás • Alacsony üzemeltetési költség • Végfelhasználói szint részére
34
Összefoglalás
•A légi távérzékelés alkalmas a laboratóriumban és terepen felállított összefüggések alkalmazására és kiterjesztésére •Előzetes kísérletek és tanulmányok minden esetben szükségesek •A nagysűrűségű nagyságrendekkel jellemezhetőségét
és egyidejű optikai javítja a felszíni
mintavétel folyamatok
•A távérzékelés meghatározó részét képezi a jövő precíziós mezőgazdaságának
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
