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 szalay.kornel@gmgi.hu
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 38,0 C 38 38,0 C 38 SP01 36 SP01 36 34 SP02 SP03 34 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 Reflektancia Reflectance érték 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Reflectance Búzaszemek curves reflektancia Wheat kernels görbéje Reflektancia Reflectance érték 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Reflectance Kukoricaszemek curves reflektancia Maize kernels görbéje 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm) 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm) Reflektancia Reflectance érték 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Reflectance Paradicsomcurve reflektancia Tomatogörbéje 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm) Reflektancia Reflectance érték 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Reflectance Talaj curve reflektancia Soil görbéje 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm)
Spektrális információ Reflektancia Reflectance érték Reflektancia Reflectance érték 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Reflectance Búzaszemek curves reflektancia Wheat kernels görbéje Reflektancia Reflectance érték 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm) 0,5 Reflectance 0,4Paradicsomcurve reflektancia Tomatogörbéje 0,3 0,2 0,1 0,0 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm) 1,0 Reflektancia görbék Spectral összehasonlítása Data 0,8 Reflektancia Reflectance érték Reflektancia Reflectance érték 0,6 0,4 0,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Hullámhossz Wavelength (nm) Reflectance Kukoricaszemek curves reflektancia Maize kernels görbéje Maize kernels.mn Soil.mn Tomato.mn Wheat kernels.mn 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm) Reflectance Talaj curve reflektancia Soil görbéje 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 0,2 500 1000 1500 2000 2500 Hullámhossz Wavelength (nm)
Távérzékelési eszközök ASD FieldSpec 3 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 egyöntetűőszi 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 és egyidejű optikai mintavétel nagyságrendekkel javítja a felszíni folyamatok jellemezhetőségét A távérzékelés meghatározó részét képezi a jövő precíziós mezőgazdaságának
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!