Η παρακολούθηση των καλλιεργειών σε πραγματικό χρόνο και η έγκαιρη παρέμβαση εάν είναι απαραίτητο είναι μερικά μόνο από τα πλεονεκτήματα που προσφέρει αυτή η νέα τεχνολογία.

Η τηλεπισκόπηση αντιπροσωπεύει σήμερα μια έγκυρη εναλλακτική των παραδοσιακών μεθόδων στη διαχείριση ακριβείας των οπωρώνων. Οι εικόνες που λαμβάνονται από δορυφορικές πλατφόρμες, σε συνδυασμό με σύγχρονα εργαλεία ανάλυσης δεδομένων, μπορούν στην πραγματικότητα να επιτρέψουν μια σύγχρονη και προσβάσιμη στρατηγική για τη βιώσιμη διαχείριση των οπωρώνων. Μιλήσαμε για αυτό με τον Francesco Abbatantuono, Anas Tallou μεταδιδακτορικό φοιτητή και τον Alessandro Gaetano Vivaldi, Αναπληρωτή Καθηγητή Γενικής Δενδροκομίας και Δενδροκαλλιέργειας στο Πανεπιστήμιο του Bari Aldo Moro, στο δεύτερο τεύχος του περιοδικού μας.

Η κλιματική αλλαγή και η προοδευτική μείωση των πόρων αντιπροσωπεύουν δύο τεράστιες προκλήσεις για τη γεωργία. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να καταστεί πιο αποτελεσματική η διαχείριση των εισροών, όπως η άρδευση και η διατροφή. Ωστόσο, η παραδοσιακή ανάλυση, τόσο στο εργαστήριο όσο και στον αγρό, των παραμέτρων που είναι χρήσιμες για την παρακολούθηση, για παράδειγμα, του νερού και της θρεπτικής κατάστασης των καλλιεργειών είναι συχνά μακρά, επίπονη και δαπανηρή. Για να ξεπεραστούν οι περιορισμοί των παραδοσιακών μεθόδων, οι τεχνικές τηλεπισκόπησης μπορούν αναμφίβολα να αποτελέσουν βασικό στοιχείο για τη βιώσιμη διαχείριση των οπωρώνων.

Τηλεπισκόπηση για τη βιώσιμη διαχείριση των οπωρώνων: μια καινοτόμος προσέγγιση

Αυτές οι τεχνικές τηλεπισκόπησης βασίζονται στο γεγονός ότι κάθε σώμα εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε ένα εύρος μηκών κύματος που ονομάζεται «φάσμα». Τα φύλλα μας φαίνονται πράσινα ακριβώς επειδή η χλωροφύλλη απορροφά την ορατή ακτινοβολία κυρίως στις μπλε και κόκκινες λωρίδες, ενώ αντανακλάται κυρίως στην πράσινη ζώνη. Εάν στη συνέχεια απομονώναμε ένα εικονοστοιχείο από οποιαδήποτε ψηφιακή εικόνα και το αναλύαμε, για παράδειγμα, με το Photoshop, θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε ότι το χρώμα αυτού του εικονοστοιχείου δίνεται από τον συνδυασμό τριών ζωνών (Κόκκινο, Πράσινο και Μπλε) το καθένα με τη δική του αριθμητική τιμή που καθορίζει την «έντασή του». Αυτές οι τιμές μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την απόκτηση πληροφοριών για την καλλιέργεια, όπως ζωντάνια ή γενική υγεία. 

Όλα αυτά βασίζονται στην ανάλυση εικόνων που λαμβάνονται από αισθητήρες που μπορούν να τοποθετηθούν σε διαφορετικές πλατφόρμες. Η απόσταση των αντικειμένων από τον αισθητήρα μπορεί επομένως να κυμαίνεται από λίγα μέτρα (στην περίπτωση των drones, δηλ. Remotely Piloted Aircraft Systems - SAPR) έως εκατοντάδες χιλιόμετρα (στην περίπτωση των δορυφορικών πλατφορμών).  

Στην πρώτη περίπτωση, εικόνες με υψηλή χωρική ανάλυση (δηλαδή το μήκος της πλευράς του εικονοστοιχείου της τηλεανιχνευόμενης εικόνας) μπορούν να ληφθούν όποτε υπάρχει η δυνατότητα διεξαγωγής έρευνας. Τα δορυφορικά συστήματα, από την άλλη πλευρά, παρουσιάζουν σημαντικό ενδιαφέρον γιατί επιτρέπουν την παρακολούθηση μεγάλων περιοχών και έχουν χαμηλότερο κόστος (μερικές φορές η λήψη εικόνας είναι ακόμη και δωρεάν). Δυστυχώς, οι εικόνες που λαμβάνονται από αυτές τις πλατφόρμες έχουν μειωμένη χωρική ανάλυση και η απόκτηση δεν είναι σχεδόν ποτέ καθημερινή. Ωστόσο, η διαθεσιμότητα, από την 1η Μαρτίου 2022, του δορυφορικού αστερισμού Next Generation PlanetScope, με χωρική ανάλυση 3 μέτρων και δυνατότητα λήψης νέων εικόνων κάθε μέρα, μας επιτρέπει πλέον να ξεπεράσουμε τα τυπικά όρια των δορυφορικών εικόνων. 

Στη συνέχεια, υπερφασματικοί και πολυφασματικοί αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην οπτική τηλεπισκόπηση που επιτρέπουν την απόκτηση πληροφοριών πολύ πέρα ​​από το ορατό (το οποίο στην πραγματικότητα καταλαμβάνει μόνο ένα μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος). Οι υπερφασματικές κάμερες έχουν εκατοντάδες ζώνες και εγγυώνται μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Ωστόσο, τα πολυφασματικά, ακόμη και με λίγες ζώνες, είναι τα πιο χρησιμοποιημένα χάρη στο χαμηλότερο κόστος και τα αποτελέσματα, μέχρι σήμερα, όχι πολύ ανόμοια με αυτά των υπερφασματικών αισθητήρων. 

Drones και δορυφόροι: δύο συμπληρωματικά εργαλεία

Αν και γίνεται μεγαλύτερη χρήση του RPAS στη βιβλιογραφία όσον αφορά τη διαχείριση της άρδευσης και της διατροφής στην οπωροκαλλιέργεια, οι δορυφόροι μπορούν να διαδραματίσουν πρωταγωνιστικό ρόλο αν σκεφτούμε όχι μόνο τις μελλοντικές προοπτικές (στην πραγματικότητα, ελπίζουμε για περαιτέρω αύξηση της χωρικής ανάλυσης ), αλλά και στα σημερινά πλεονεκτήματα (χαμηλότερο κόστος και δυνατότητα πολλαπλών ερευνών με την πάροδο του χρόνου). 

Για παράδειγμα, το Landsat 8, μέρος των αποστολών που αναπτύχθηκε από τη NASA, επιτρέπει τη λήψη νέων εικόνων κάθε 16 ημέρες και είναι εξοπλισμένο με δύο αισθητήρες: OLI (με εννέα φασματικές ζώνες στο ορατό, κοντά στο υπέρυθρο και σύντομο υπέρυθρο με χωρική ανάλυση 30 μέτρα συν μια πανχρωματική ζώνη) και TIRS (με δύο ζώνες στο θερμικό υπέρυθρο με χωρική ανάλυση 100 μέτρων). Το Sentinel-2, από την άλλη πλευρά, είναι η ευρωπαϊκή αποστολή (ESA - European Space Agency) και αποτελεί μέρος του συστήματος Copernicus Land Monitoring Service. Αποκτά νέες εικόνες κάθε 5 ημέρες που έχουν χωρική ανάλυση που κυμαίνεται από 10 (για τις κόκκινες, πράσινες, μπλε και σχεδόν υπέρυθρες ζώνες) έως 20 (για παράδειγμα για τις ζώνες κόκκινων άκρων, πολύ ενδιαφέρουσες για τη γεωργία) και 60 μέτρα (για σύντομο υπέρυθρο, χρήσιμο στην ατμοσφαιρική διόρθωση). Επιπλέον, οι δορυφορικές εικόνες επεξεργάζονται γενικά προκειμένου, για παράδειγμα, να μειωθούν οι γεωμετρικές παραμορφώσεις (που παράγονται κατά τη διαδικασία λήψης) ή λόγω ιδιαίτερων ατμοσφαιρικών συνθηκών (που δίνονται για παράδειγμα από όχθες νεφών).

Αισθητήρες και φασματικοί δείκτες: αποτελεσματική παρακολούθηση της κατάστασης της καλλιέργειας

Για τη λήψη των εικόνων, διατίθενται διάφοροι ιστότοποι, όπως το earthexplorer.usgs.gov (για αποστολές που αναπτύχθηκαν από τη NASA) ή το scihub.copernicus.eu (για ευρωπαϊκές αποστολές). Και στις δύο περιπτώσεις η εγγραφή και η λήψη των εικόνων είναι δωρεάν.

Αν θέλαμε να κατεβάσουμε τις εικόνες Landsat 8, πρέπει πρώτα να επιλέξουμε την περιοχή ενδιαφέροντος κάνοντας απλά κλικ στον χάρτη και να υποδείξουμε τις ημερομηνίες και το βαθμό κάλυψης του cloud (για παράδειγμα μεταξύ 0 και 10%). Στη συνέχεια, πληκτρολογώντας στο Data Sets, κάνοντας κλικ στο στοιχείο Landsat and Landsat collection 2 Level-2, μπορείτε να επιλέξετε Landsat 8-9 OLI/TIRS C2 L2. Τέλος, όλες οι εικόνες με δυνατότητα λήψης θα εμφανίζονται στα Αποτελέσματα. Η διαδικασία για τη λήψη εικόνων από το Sentinel-2 είναι σχεδόν πανομοιότυπη. Ένα από τα λογισμικά με τα οποία είναι δυνατή η επεξεργασία εικόνων είναι το QGIS , μια επιτραπέζια εφαρμογή GIS ανοιχτού κώδικα που σας επιτρέπει να απεικονίσετε, να οργανώσετε, να αναλύσετε και να αναπαραστήσετε χωρικά δεδομένα. Μέσα στην εφαρμογή θα είναι δυνατή η αποστολή των εικόνων (μία για κάθε ζώνη του φάσματος) που λαμβάνονται από δορυφόρο ή SAPR και στη συνέχεια υπολογίζονται οι φασματικοί δείκτες εισάγοντας τις πληροφορίες σε ειδική αριθμομηχανή. Πολυάριθμες μελέτες έχουν εντοπίσει πολλαπλούς φασματικούς δείκτες χρήσιμους για τον προσδιορισμό συγκεκριμένων φυσιολογικών καταστάσεων των καλλιεργειών, μερικοί από τους οποίους φαίνονται στον Πίνακα 1. 

Φασματικοί δείκτες για την παρακολούθηση της κατάστασης του νερού στους οπωρώνες.

Ο NDVI (Εικόνα 1 και 2) είναι ίσως ο πιο χρησιμοποιούμενος φασματικός δείκτης, αλλά δεν είναι πάντα σε θέση να διακρίνει συγκεκριμένα συγκεκριμένες αβιοτικές τάσεις. Στην πραγματικότητα, είναι ένας δείκτης βλάστησης που χρησιμοποιείται συχνά για την παρακολούθηση του σθένους και της βλαστικής ευημερίας. 

Εικόνα 1. Χάρτης NDVI που ελήφθη από τον SENTINEL 2 σε έναν αμπελώνα της Άντριας (BT). 

Εικόνα 2. Χάρτης NDVI που ελήφθη από τον SAPR  στον ίδιο αμπελώνα της Άντριας (BT). 

Στην περίπτωση εικόνων με χαμηλή χωρική ανάλυση, τα εικονοστοιχεία περιλαμβάνουν κορυφές δέντρων και τμήματα εδάφους. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένοι δείκτες, όπως ο OSAVI, που μας επιτρέπουν να μειώσουμε την επίδραση διαταραχής που προκαλείται από την παρουσία του εδάφους. Πολυάριθμες δημοσιεύσεις για διαφορετικά είδη οπωροφόρων δέντρων έχουν αποδείξει ότι δείκτες όπως ο OSAVI ή ο TCARI/OSAVI είναι ικανοί να υποστηρίξουν την ορθολογική διαχείριση της άρδευσης επισημαίνοντας έγκαιρα τις καταστάσεις υδατικής καταπόνησης των δέντρων. 

Επιπλέον, η περιοχή του κόκκινου άκρου αποδεικνύεται στρατηγική, τόσο ως ενιαία ζώνη όσο και χρησιμοποιείται σε δείκτες (για παράδειγμα TCARI ή NDRE), για την παρακολούθηση της κατάστασης του νερού. Επιπλέον, οι πράσινες, κόκκινες και εγγύς υπέρυθρες ζώνες μπορεί να υποδηλώνουν ανεπάρκεια θρεπτικών συστατικών (N, P, K, Ca, Mg και B).

Τα οφέλη της τηλεπισκόπησης για τη βιώσιμη γεωργία

Αρκετές μελέτες, ειδικά σε αμπέλια και εσπεριδοειδή, έχουν αποδείξει την ευαισθησία αυτών των λωρίδων στις αλλαγές στη χλωροφύλλη των φύλλων, επιτρέποντάς τους να ανιχνεύουν τυχόν υδατικό στρες ή στρες λόγω διατροφικών ελλείψεων. Επιπλέον, αρκετές μελέτες δείχνουν ότι οι ζώνες στο εύρος της κόκκινης ακμής και του εγγύς υπέρυθρου, όταν λαμβάνονται μεμονωμένα, παρέχουν γενικά καλύτερα αποτελέσματα από τους φασματικούς δείκτες στην παρακολούθηση του αζώτου των φύλλων. 

Ειδικότερα, πιο πρόσφατες μελέτες που διεξήχθησαν σε διαφορετικά είδη οπωροφόρων δέντρων έχουν δείξει ότι τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται με τη χρήση μεμονωμένων ζωνών (όπως εγγύς και μικρού μήκους υπέρυθρο, ερυθρό άκρο και κόκκινο) σε συνέργεια με τις τεχνικές Μηχανικής Μάθησης. Στην πραγματικότητα, αυτά τα μοντέλα μας επιτρέπουν να περιγράψουμε τις σχέσεις που υπάρχουν μεταξύ δεικτών ή φασματικών ζωνών και παραμέτρων που είναι χρήσιμες για τον καθορισμό της κατάστασης μιας καλλιέργειας. 

Συμπερασματικά, η τηλεπισκόπηση αποδεικνύεται εναλλακτική των παραδοσιακών μεθόδων στη διαχείριση ακριβείας των οπωρώνων. Ο συνδυασμός σύγχρονων εργαλείων ανάλυσης δεδομένων με εικόνες που λαμβάνονται από δορυφορικές πλατφόρμες, όπως το PlanetScope ή το Sentinel II, αντιπροσωπεύει αναμφίβολα μια σύγχρονη και προσιτή στρατηγική για τη βιώσιμη διαχείριση των οπωρώνων. 

Πηγή

ΑΠΟ : Francesco Abbatantuono διδάκτορας και Alessandro Gaetano Vivaldi
© fruitjournal.com