Analiza multispektralna upraw

---

Dron wyposażony w kamerę multispektralną rejestruje obraz upraw w zakresach światła, które nie są widoczne dla ludzkiego oka.

W zakresie światła widzialnego, obejmującym w przybliżeniu długości fal od 400 do 700 nm, istotną rolę odgrywają barwniki roślinne, w tym chlorofil i karotenoidy. Chlorofil silnie pochłania promieniowanie w obszarze niebieskim i czerwonym, natomiast większa część światła zielonego jest odbijana. To właśnie dlatego liście zdrowych roślin najczęściej postrzegamy jako zielone.

---

Ważnych informacji o roślinności dostarcza również bliska podczerwień (NIR), której zakres wykorzystywany w teledetekcji obejmuje zwykle około 700–1400 nm. Promieniowanie to jest silnie odbijane przez wewnętrzną strukturę liści, dlatego jego pomiar pomaga oceniać właściwości roślinności, których nie da się bezpośrednio rozpoznać na zwykłym zdjęciu.

---

Porównanie odbicia światła czerwonego i bliskiej podczerwieni stanowi podstawę wielu wskaźników wegetacyjnych. Jednym z najczęściej stosowanych jest NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), czyli znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji.

NDVI i NDRE – wskaźniki wykorzystywane w analizie upraw

---

---

---

W analizie danych multispektralnych można wykorzystywać między innymi NDVI oraz NDRE.

---

---

NDVI

NDVI wykorzystuje różnicę pomiędzy odbiciem promieniowania w bliskiej podczerwieni a odbiciem światła czerwonego. Wartość wskaźnika oblicza się według wzoru:

NDVI = (NIR − Red) / (NIR + Red)

---

---

Zrozumienie wskaźnika NDVI

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), czyli znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji, jest wrażliwy na zawartość chlorofilu w roślinach.

Zdrowa roślinność pochłania większość padającego na nią światła widzialnego i odbija dużą część promieniowania bliskiej podczerwieni (NIR). W rezultacie zdrowa roślinność charakteryzuje się wysoką wartością NDVI.

Skala NDVI mieści się w zakresie od −1 do +1. Służy do przedstawiania różnych rodzajów pokrycia terenu oraz oceny kondycji i gęstości roślinności. Poniżej znajduje się krótkie wyjaśnienie, co zazwyczaj oznaczają poszczególne wartości:

– Wartości bliskie +1: wysokie wartości NDVI, zbliżone do +1, wskazują na gęstą, zieloną roślinność i są zazwyczaj związane z jej dobrą kondycją oraz intensywnym wzrostem. Dzieje się tak, ponieważ zdrowe rośliny odbijają więcej promieniowania bliskiej podczerwieni (NIR), a jednocześnie pochłaniają więcej światła widzialnego.

– Wartości bliskie 0: wartości NDVI w okolicach zera wskazują na obszary pozbawione roślinności, takie jak skały, piasek lub śnieg. W takich miejscach różnica między odbiciem światła czerwonego a promieniowania bliskiej podczerwieni jest niewielka, co sugeruje minimalną obecność roślinności.

– Wartości bliskie −1: ujemne wartości NDVI, zbliżone do −1, występują rzadziej. Mogą pojawić się wtedy, gdy odbicie światła w paśmie czerwonym jest większe niż odbicie promieniowania bliskiej podczerwieni. Sytuację taką można zaobserwować na zbiornikach wodnych, gdzie promieniowanie bliskiej podczerwieni jest silniej pochłaniane niż światło widzialne, co prowadzi do uzyskania ujemnych wartości NDVI.

Wynik mieści się w przedziale od −1 do 1. Wartości ujemne często występują w przypadku wody, a wartości bliskie zeru mogą odpowiadać powierzchniom pozbawionym roślinności lub pokrytym słabo rozwiniętą roślinnością. Wyższe wartości są zazwyczaj charakterystyczne dla intensywnie zielonej roślinności.

---

NDRE

NDRE wykorzystuje dwa zakresy promieniowania: pasmo red edge oraz bliską podczerwień (NIR). Jego wartość oblicza się według wzoru:

NDRE = (NIR − Red Edge) / (NIR + Red Edge)

Pasmo red edge reaguje na zmiany związane między innymi z zawartością chlorofilu w liściach. Dzięki temu NDRE może dostarczać dodatkowych informacji o stanie fizjologicznym roślin i różnicach występujących na poszczególnych częściach pola.

Mapy aplikacyjne

---

---

---

Kolejnym krokiem po analizie danych teledetekcyjnych może być przygotowanie mapy aplikacyjnej, wykorzystywanej w rolnictwie precyzyjnym do różnicowania dawek nawozów na poszczególnych fragmentach pola.

Mapa dzieli obszar uprawy na strefy, którym przypisuje się określone zalecenia dotyczące dawkowania. Dzięki temu maszyny wyposażone w odpowiednie systemy sterowania mogą aplikować nawóz zgodnie z zaprogramowanymi wartościami, zamiast stosować jednakową dawkę na całej powierzchni.

---

Prawidłowo przygotowana mapa aplikacyjna może przynieść kilka korzyści:

• Lepsze dopasowanie nawożenia do potrzeb upraw – zróżnicowanie dawek pozwala uwzględnić różnice występujące w obrębie pola.
• Możliwość ograniczenia kosztów – precyzyjne dawkowanie może zmniejszyć zużycie nawozów tam, gdzie ich dodatkowa ilość nie jest uzasadniona.
• Sprawniejsza organizacja prac – automatyzacja sterowania dawką ułatwia realizację zaplanowanych zabiegów.
• Ograniczenie strat składników pokarmowych – właściwie dobrane nawożenie może zmniejszać ryzyko nadmiernej aplikacji i związanych z nią obciążeń środowiska.
• Lepsze wykorzystanie danych o polu – mapy mogą być łączone z innymi informacjami, np. wynikami analiz gleby i historią plonowania.