Верификация результатов мониторинга NDVI спутниковой группировки Planet по наземным опорным данным в полевом опыте Центра точного земледелия РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Представлены результаты пространственно-временного анализа хода роста сельскохозяйственных культур в вегетационные периоды 2017-2019 г. Исследования проводили в научно-производственном полевом опыте Центра точного земледелия Полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева (N 55,8369˚; E 37,5636˚). Общая площадь полигона составляет около 6 га, опыт включает четыре поля площадью по 0,8 и 1,4 га. Культуры зерно-пропашного севооборота – озимую пшеницу, картофель, ячмень, викоовсяную смесь – возделывают по технологиям традиционного и ресурсосберегающего земледелия. Опыт заложен двухъярусно в двукратной повторности, и каждое поле разделено на 8 учётных делянок, площади которых составляют 0,1 и 0,18 га.
Для расчета вегетационного индекса NDVI по данным Planet (далее NDVI-Planet), использовались красный и ближний инфракрасный каналы безоблачных изображений спутниковой группировки Planet с разрешением порядка 3 м/пиксель. Для пространственно-временного анализа данных дистанционного зондирования и для расчета индекса NDVI в среде ArcGIS 10.4 был разработан инструмент автоматической обработки снимков Planet. В результате для каждой из 32-х делянок полевого опыта для всех полученных безоблачных изображений были рассчитаны соответствующие массивы геоданных, содержащие от 150 до 170 пикселов внутри границ каждой опытной делянки.
Для верификации индексов NDVI-Planet были использованы данные еженедельного наземного мониторинга индекса NDVI, проведенные прибором GreenSeeker RT 200 (Trimble) с активным источником излучения. При этом для получения репрезентативных данных наземного мониторинга NDVI-GreenSeeker, сопоставимых по площади охвата с размерами осреднения NDVI-Planet, была использована методика сканирования поверхности растительного покрова сельскохозяйственных посевов с высоты 1,5 м над уровнем земли, по контурам с размерами 1,5×3 м.
На этапе пространственно-временного анализа профилей индексов NDVI-Planet и NDVI-GreenSeeker, относящихся к соответствующим делянкам были сформированы профили дифференциальных и кумулятивных значений обоих наборов данных NDVI. Затем, эти профили были использованы для расчета профилей статистических параметров одномоментных массивов (среднее и коэффициент дисперсии) на всех опытных делянках. Было показано, что в ряде случаев характер поведения профилей статистических параметров для одной и той же культуры значимо связан с вариантом применяемых технологий обработки почв. Проведенный кластерный анализ NDVI-Planet позволил идентифицировать внутри опытных посевов одномоментные границы квазиоднородных контуров. Сопоставление изменений границ этих контуров во времени с дополнительными данными наземных обследований посевов позволило идентифицировать влияние ряда внешних факторов на пространственную вариабельность роста и развития сельскохозяйственных посевов. На заключительном этапе было проведено сравнение рядов NDVI-Planet и NDVI-GreenSeeker, а также оценить корреляцию данных кумулятивных величин обоих индексов на момент уборки урожая с опытными данными биомассы посевов сельскохозяйственных культур.

«Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 16-0501097 и № 19-29-05261»