I droni possono trasportare una varietà di sensori di telerilevamento, in grado di ottenere informazioni multidimensionali e ad alta precisione sui terreni agricoli e di realizzare un monitoraggio dinamico di molteplici tipologie di informazioni sui terreni agricoli. Tali informazioni includono principalmente informazioni sulla distribuzione spaziale delle colture (localizzazione dei terreni agricoli, identificazione delle specie coltivate, stima dell'area e monitoraggio dinamico dei cambiamenti, estrazione delle infrastrutture di campo), informazioni sulla crescita delle colture (parametri fenotipici delle colture, indicatori nutrizionali, resa) e dinamiche dei fattori di stress per la crescita delle colture (umidità del campo, parassiti e malattie).
Informazioni spaziali sui terreni agricoli
Le informazioni sulla posizione spaziale dei terreni agricoli includono le coordinate geografiche dei campi e la classificazione delle colture, ottenute tramite discriminazione visiva o riconoscimento automatico. I confini dei campi possono essere identificati tramite coordinate geografiche e anche l'area di semina può essere stimata. Il metodo tradizionale di digitalizzazione delle mappe topografiche come base per la pianificazione regionale e la stima delle aree è poco tempestivo e la differenza tra la posizione dei confini e la situazione reale è enorme e poco intuitiva, il che non favorisce l'implementazione dell'agricoltura di precisione. Il telerilevamento con UAV può ottenere informazioni complete sulla posizione spaziale dei terreni agricoli in tempo reale, il che presenta gli incomparabili vantaggi dei metodi tradizionali. Le immagini aeree ottenute da fotocamere digitali ad alta definizione possono consentire l'identificazione e la determinazione delle informazioni spaziali di base dei terreni agricoli, e lo sviluppo della tecnologia di configurazione spaziale migliora la precisione e la profondità della ricerca sulle informazioni sulla posizione dei terreni agricoli, migliorando la risoluzione spaziale e introducendo informazioni di altitudine, che consentono un monitoraggio più accurato delle informazioni spaziali dei terreni agricoli.
Informazioni sulla crescita delle colture
La crescita delle colture può essere caratterizzata da informazioni su parametri fenotipici, indicatori nutrizionali e resa. I parametri fenotipici includono la copertura vegetale, l'indice di area fogliare, la biomassa, l'altezza delle piante, ecc. Questi parametri sono interconnessi e caratterizzano collettivamente la crescita delle colture e sono direttamente correlati alla resa finale. Sono dominanti nella ricerca sul monitoraggio delle informazioni agricole e sono stati condotti ulteriori studi.
1) Parametri fenotipici delle colture
L'indice di area fogliare (LAI) è la somma dell'area fogliare verde unilaterale per unità di superficie, che può caratterizzare meglio l'assorbimento e l'utilizzo dell'energia luminosa da parte della coltura ed è strettamente correlato all'accumulo di materiale e alla resa finale della coltura. L'indice di area fogliare è uno dei principali parametri di crescita delle colture attualmente monitorati tramite telerilevamento da UAV. Il calcolo degli indici di vegetazione (indice di vegetazione di rapporto, indice di vegetazione normalizzato, indice di vegetazione di condizionamento del suolo, indice di vegetazione differenziale, ecc.) con dati multispettrali e la definizione di modelli di regressione con dati di ground truth rappresentano un metodo più maturo per invertire i parametri fenotipici.
La biomassa fuori terra nella fase di crescita avanzata delle colture è strettamente correlata sia alla resa che alla qualità. Attualmente, la stima della biomassa mediante telerilevamento con UAV in agricoltura utilizza ancora principalmente dati multispettrali, estrae parametri spettrali e calcola l'indice di vegetazione per la modellazione; la tecnologia di configurazione spaziale presenta alcuni vantaggi nella stima della biomassa.
2) Indicatori nutrizionali delle colture
Il monitoraggio tradizionale dello stato nutrizionale delle colture richiede il campionamento in campo e l'analisi chimica indoor per diagnosticare il contenuto di nutrienti o indicatori (clorofilla, azoto, ecc.), mentre il telerilevamento con UAV si basa sul fatto che diverse sostanze presentano specifiche caratteristiche di riflettanza-assorbimento spettrale per la diagnosi. La clorofilla viene monitorata in base al fatto che presenta due forti regioni di assorbimento nella banda della luce visibile, ovvero la parte rossa di 640-663 nm e la parte blu-viola di 430-460 nm, mentre l'assorbimento è debole a 550 nm. Il colore e le caratteristiche della consistenza delle foglie cambiano quando le colture sono carenti, e scoprire le caratteristiche statistiche di colore e consistenza corrispondenti a diverse carenze e le proprietà correlate è la chiave per il monitoraggio dei nutrienti. Analogamente al monitoraggio dei parametri di crescita, la selezione di bande caratteristiche, indici di vegetazione e modelli predittivi rimane il contenuto principale dello studio.
3) Resa del raccolto
L'aumento della resa delle colture è l'obiettivo principale delle attività agricole e una stima accurata della resa è importante sia per i dipartimenti di produzione agricola che per i processi decisionali gestionali. Numerosi ricercatori hanno cercato di sviluppare modelli di stima della resa con maggiore accuratezza predittiva attraverso l'analisi multifattoriale.
Umidità agricola
L'umidità dei terreni agricoli viene spesso monitorata con metodi a infrarossi termici. Nelle aree con elevata copertura vegetale, la chiusura degli stomi fogliari riduce la perdita d'acqua dovuta alla traspirazione, riducendo il flusso di calore latente in superficie e aumentando il flusso di calore sensibile in superficie, che a sua volta provoca un aumento della temperatura della chioma, considerata la temperatura della chioma delle piante. Poiché l'indice di stress idrico riflette il bilancio energetico delle colture e può quantificare la relazione tra il contenuto idrico delle colture e la temperatura della chioma, la temperatura della chioma ottenuta dal sensore a infrarossi termici può riflettere lo stato di umidità dei terreni agricoli; il suolo nudo o la copertura vegetale in piccole aree possono essere utilizzati per invertire indirettamente l'umidità del suolo con la temperatura del sottosuolo, in base al principio secondo cui: il calore specifico dell'acqua è elevato, la temperatura del calore è lenta a variare, quindi la distribuzione spaziale della temperatura del sottosuolo durante il giorno può essere riflessa indirettamente nella distribuzione dell'umidità del suolo. Pertanto, la distribuzione spaziale della temperatura del sottosuolo diurna può riflettere indirettamente la distribuzione dell'umidità del suolo. Nel monitoraggio della temperatura della chioma, il suolo nudo è un importante fattore di interferenza. Alcuni ricercatori hanno studiato la relazione tra la temperatura del suolo nudo e la copertura del suolo coltivata, hanno chiarito il divario tra le misurazioni della temperatura della chioma causate dal suolo nudo e il valore reale e hanno utilizzato i risultati corretti nel monitoraggio dell'umidità dei terreni agricoli per migliorare l'accuratezza dei risultati del monitoraggio. Nella gestione effettiva della produzione agricola, anche le perdite di umidità nei campi sono al centro dell'attenzione: sono stati condotti studi che utilizzano termocamere a infrarossi per monitorare le perdite di umidità nei canali di irrigazione, con un'accuratezza che può raggiungere il 93%.
Parassiti e malattie
L'uso del monitoraggio della riflettanza spettrale nel vicino infrarosso di parassiti e malattie delle piante, basato su: foglie nella regione del vicino infrarosso della riflessione da parte del tessuto spugnoso e del controllo del tessuto di recinzione, piante sane, queste due fessure nei tessuti riempite di umidità ed espansione, è un buon riflettore di varie radiazioni; quando la pianta è danneggiata, la foglia è danneggiata, il tessuto appassisce, l'acqua è ridotta, la riflessione infrarossa è ridotta fino a perdersi.
Il monitoraggio della temperatura mediante infrarossi termici è anche un importante indicatore di parassiti e malattie delle colture. Le piante in condizioni di salute, principalmente attraverso il controllo dell'apertura e della chiusura degli stomi fogliari, regolano la traspirazione, mantenendo la stabilità della propria temperatura; in caso di malattia, si verificheranno alterazioni patologiche, le interazioni patogeno-ospite, in particolare gli aspetti legati alla traspirazione, determineranno l'aumento e la diminuzione della temperatura nella parte infestata. In generale, la sensibilità della pianta porta a una deregolazione dell'apertura degli stomi, e quindi la traspirazione è maggiore nella zona malata rispetto a quella sana. Una traspirazione vigorosa porta a una diminuzione della temperatura nella zona infetta e a una maggiore differenza di temperatura sulla superficie fogliare rispetto alla foglia normale, fino alla comparsa di macchie necrotiche sulla superficie fogliare. Le cellule nella zona necrotica sono completamente morte, la traspirazione in quella parte è completamente persa e la temperatura inizia a salire, ma poiché il resto della foglia inizia a essere infetto, la differenza di temperatura sulla superficie fogliare è sempre superiore a quella di una pianta sana.
Altre informazioni
Nel campo del monitoraggio delle informazioni sui terreni agricoli, i dati di telerilevamento da UAV hanno una gamma più ampia di applicazioni. Ad esempio, possono essere utilizzati per estrarre l'area caduta del mais utilizzando molteplici caratteristiche di consistenza, riflettere il livello di maturazione delle foglie durante la fase di maturazione del cotone utilizzando l'indice NDVI e generare mappe di prescrizione per l'applicazione di acido abscissico che possono guidare efficacemente l'irrorazione di acido abscissico sul cotone per evitare un'applicazione eccessiva di pesticidi, e così via. In base alle esigenze di monitoraggio e gestione dei terreni agricoli, è una tendenza inevitabile per il futuro sviluppo di un'agricoltura informatizzata e digitalizzata esplorare continuamente le informazioni dei dati di telerilevamento da UAV ed espanderne i campi di applicazione.
Data di pubblicazione: 24-12-2024