Использование вегетационных индексов для оценки состояния посевов кукурузы на основе гиперспектральных данных и снимков Sentinel-2 MSI

Исследование посвящено внедрению новых технологий дистанционного зондирования в сельское хозяйство. В нем оценивается потенциал гиперспектральных изображений, полученных камерой Gamaya OXI VNIR-40, для определения содержания влаги и зеленой фитомассы в посевах кукурузы. Экспериментальные поля располагались в Краснодарском крае, Ставропольском крае, Курской и Липецкой области. Благодаря этому, результаты исследования являются кондиционными для разных климатических условий. Так как съемка полей каждого из регионов производились 2-3 раза в течение сезона, это позволило наблюдать изменения, происходившие на полях, в динамике.
Гиперспектральная камера размещалась на беспилотном летательном аппарате “Геоскан 201 Агро” и имела спектральный охват 470-904 нм и спектральное разрешение 40 каналов. Благодаря высокому пространственному разрешению (40 см), стало возможным выявить узкие полосы полей (2,4 м шириной), засеянные отдельными гибридами кукурузы, а также составить карты влагосодержания и зеленой фитомассы посевов с высокой точностью. Количественные значения этих характеристик рассчитывались по заранее отобранным вегетационным индексам, калиброванным по наземным измерениям на опытных площадках. Наиболее информативными индексами для влагосодержания растений кукурузы оказались NDWI (на стадии опыления кукурузы) и DSWI4 (на стадии молочной зрелости початков). Для определения величины зеленой фитомассы на стадии опыления, лучшим индексом был признан GNDVI. Для стадии молочной зрелости однозначно наиболее информативного индекса не выявлено, так как из-за низких значений фитомассы все индексы показывают нестабильные результаты (Тутубалина и др., 2016).
В работе также было проведено сравнение съемочной гиперспектральной системы Gamaya OXI VNIR 40 и космической мультиспектральной системы Sentinel-2 MSI. Оценивались их различия в определении содержания влаги и зеленой фитомассы растений на примере полей кукурузы. Было выявлено, что, в среднем, значения коэффициента спектральной яркости для системы Sentinel-2 MSI ниже, а контрастность изображений выше, чем для системы Gamaya OXI VNIR 40. При этом общий вид кривых спектральной яркости выглядит схожим для обеих систем.
В ходе работы было определено, что съемочная система Sentinel-2 MSI лучше подходит для общей предварительной оценки растительности, и способна охватывать площади хозяйств целиком, в то время как съемочная система Gamaya OXI VNIR 40 предназначена для определения более точных характеристик растительности на отдельных полях.

Список литературы
1. Тутубалина О.В., Голубева Е.И., Зимин М.В., Труфанов А.В., Тарасов М.К., Деркачева А.А., Садовая И.В., Середа И.И. Информационная поддержка технологий точного земледелия на основе методов дистанционного зондирования // Экология. Экономика. Информатика. Сборник статей в 2-х томах. Институт аридных зон, Южный научный центр РАН Южный федеральный университет. 2016. Т. 2 С. 327-336
1. Tutubalina O.V., Golubeva E.I., Zimin M.V., Trufanov A.V., Tarasov M.K., Derkacheva A.A., Sadovaya I.V., Sereda I.I. Informacionnaya podderzhka tekhnologij tochnogo zemledeliya na osnove metodov distancionnogo zondirovaniya (Information support for technologies of precision agriculture on the basis of remote sensing methods) // Ekologiya. Ekonomika. Informatika. Sbornik statej v 2-h tomah. Institute of Arid Zones, Southern Scientific Center of RAS Southern Federal University. 2016. T. 2 P. 327-336