Mēs vēlamies attīstīt diskusiju kultūru.

...ar mūsu agriconBLOG

agriconBLOG

22.07.2019

Precīzā lauksaimniecība ar satelīta vai sensora palīdzību?

Kopš ir pieejami Sentinel-2 satelīta attēli, piedāvājumu izmantot šos datus ir kļuvis daudz. No jaunuzņēmumiem līdz starptautiskām korporācijām - visi tie cīnās par lauksaimnieku labvēlību. Dažādos mārketinga paziņojumos potenciālajiem klientiem tiek apgalvots, ka, izmantojot šos lētos (lielākoties bezmaksas) rīkus, viņi var palielināt ražas un ietaupīt uz mēslojuma un pesticīdu rēķina. Turklāt to ekspluatācija ir pavisam vienkārša. Tādēļ rodas jautājums: vai tas tā patiešām ir? Un kāds ir sensoru raison d'être uz traktora vai mašīnas?

Fakts ir šāds: precīzai lauksaimniecībai ir nepieciešami pēc iespējas precīzāki informācijas avoti, kas ir izejas punkts ražošanas procesu automatizācijai. Tāpēc informācijas avota piemērotība vienmēr jāpārbauda saskaņā ar noteiktiem kritērijiem. Tie ietver jautājumus par

izmērīto vērtību,
mērījumu kvalitāti un precizitāti,
atkārtojamību un uzticamību,
procesa praktiskumu un ergonomiku, un
izmaksu un ieguvumu analīze

Neatkarīgi no tā, vai tas ir sensors vai satelīts, katrs datu avots ir jānovērtē atbilstoši šiem punktiem. Mēs vēlamies to darīt, izmantojot piemēru par vietai specifisku slāpekļa mēslošanu, un sīkāk aplūkot abu informācijas sistēmu atšķirības. Tā kā izplatīšanās karšu izveide, izmantojot satelītattēlus, būtībā vienmēr notiek pēc vieniem un tiem pašiem principiem, mēs izmantosim Yara produktu "atfarm" un 365 FarmNet produktu "CropView" kā daudzo piedāvājumu pārstāvjus. Izmantojot vienu un to pašu lauku, mēs varam ilustrēt, cik atšķirīgi darbojas sistēmas.

Pareiza izmērītā vērtība

	N-Sensor^®	Satelīta attēli
Mērīšanas metode	Spektrālo joslu atstarošana	Spektrālo joslu atstarošana
Iegūtā izmērītā vērtība	Absolūtie indeksi ar kalibrēšanu uz absolūto N uzņemšanu kg N/ha	Relatīvie indeksi bez kalibrēšanas pēc absolūtās N uzņemšanas ("vairāk vai mazāk")

Abas metodes mēra augu audžu spektrālo informāciju. N-Sensor® izmanto divus noteiktus viļņu garumus. Pēc tam no tiem var noteikt precīzu un absolūtu N uzņemšanu augu stādījumā.

Savukārt satelītattēlu sniedzēju dati vienmēr ir relatīvi rādītāji, kas atspoguļo tikai "vairāk" vai "mazāk". Tieša norāde uz pašreizējo N uzņemšanu augos nav iespējama.

Praktisks piemērs: CropView (365 FarmNet)

Sniedzot datus, nav skaitļu, kas definē "veģetāciju". Lietotājam pašam ir jāizvērtē "daudz" un "maz" un, pamatojoties uz to, jāveic N mēslošana.

Indekss, ko izmanto veģetācijas atšķirību noteikšanai, saskaņā ar pašreizējām zināšanām ir bezdimensiju normalizētais diferencētais veģetācijas indekss (NDVI). Kartē struktūras ir grūti atpazīstamas.

Problēma ir tā, ka izmantotais NDVI pie 40 kg N uzņemšanas uz hektāru (graudaugi - EC 30/31, rapsis - EC 16-18) sasniedz tā saukto piesātinājumu. Tas nozīmē, ka visi mērījumi virs šīs N uzņemšanas vērtības tehniski nav skaidri atšķirami. Tāpēc izmērītās atšķirības ir tīri nejaušas, un tās var vizualizēt, tikai "uzskrūvējot" skalu.

Praktisks piemērs: atfarm (Yara Digital)

Arī par piedāvātajiem indeksiem netiek paziņoti absolūtie skaitļi. Nosaukumi (piemēram, "N-Sensor View") ir gudri izvēlēti no mārketinga viedokļa, jo tie norāda uz tiešu atsauci uz YARA sensoru tehnoloģiju.

Tomēr, salīdzinot ar sensoru tehnoloģiju, satelīta attēls nerāda vidējo N uzņemšanu, un tādējādi nav iespējams tieši noteikt optimālo N mēslošanu. Jo, ja N uzņem 160 kg/ha rapša, mēslojums nebūtu jālieto, bet, ja mēslojums būtu 100 kg/ha, būtu nepieciešami aptuveni 60 kg. Lietotājs nesaņem šo izšķirošo informāciju.

Nav arī zināms, vai krāsu gradācijas atbilst 5, 10 vai, iespējams, 20 kg N/ha. Struktūras vai daļējas teritorijas kartē ir grūti atpazīstamas.

Praktisks piemērs: agriPORT (Agricon)

N-Sensor® dati vienmēr parāda kultūraugu N uzņemto daudzumu, kas izmērīts krustošanas laikā. Tas ļauj absolūti un objektīvi novērtēt augu stāvokli.

Salīdzinot ar satelītattēliem, ar mašīnu saistītais N-Sensor® nodrošina ievērojami augstāku izšķirtspēju, kas ļauj daudz labāk attēlot struktūras un apakšzonas.

Mērījumu kvalitāte, precizitāte un uzticamība

N-Sensor® kā ar mašīnu savienota sistēma mēra augu stādījuma atstarojumu no aptuveni 4 līdz 7 m attāluma. Izņemot salnu februārī/martsā vai iespējamo putekļu veidošanos sausos apstākļos (kur slāpekļa mēslošanai tik un tā nav lielas jēgas), nav traucējošu mainīgo lielumu, kas varētu falsificēt sensora signālu.

Satelīta attēli tiek uzņemti no vairāk nekā 750 000 m augstuma (!). Starp tām ir visa Zemes atmosfēra. Tāpēc visas tajā esošās daļiņas (putekļi, ūdens tvaiki, aerosoli u. c.) atrodas pastāvīgi mainīgās proporcijās starp mērierīci un augiem.

	N-Sensor^®	Satelīta attēli
Laika apstākļu neatkarība	Jā	Nē
Pieejamība	Vienmēr	Tikai tad, ja pārlidojuma laikā debesis ir bez mākoņiem un uz laukiem nav mākoņu ēnu.
Mērījuma vecums	Reāllaika	Dienas, nedēļas, dažkārt mēneši (atkarībā no mākoņu segas)

Turklāt satelītattēlos liela nozīme ir mākoņiem un to ēnām uz Zemes virsmas, jo tie var būtiski traucēt attēlu interpretāciju vai padarīt attēlu izmantošanu pilnīgi neiespējamu.

Praktisks piemērs: Mākoņi un ēnas

Lai gan pats mākonis klāj tikai daļu lauku, nevar izmantot pat tos ietekmes vai daļējus laukus, uz kuriem atrodas mākoņa ēnas. Tādējādi aptuveni 40-50 % no kopējā griezuma nevar izmantot N izkliedes kartes aprēķināšanai.

Praktisks piemērs: datu pieejamība

Bieži vien no Sentinel-2 augšanas sezonas laikā nav pieejami izmantojami dati. Piemēram, attēlotajā piemērā laika posmā no 2019. gada 27. aprīļa līdz 14. maijam nevienu no satelītattēliem nevarēja izmantot mākoņu dēļ. Tāpēc mainīga N mēslošana bija iespējama tikai ierobežotā apjomā vai tikai saskaņā ar novecojušiem datiem.

Praktisks piemērs: kļūdaina izplatīšanās karte

Neraugoties uz mākoņu klājumu, lietotājam ir iespēja izmantot attēlus mēslošanai. Ja, piemēram, izkliedes kartes aprēķināšanai tiktu izmantots 2019. gada 2. maija attēls, lauksaimniekam būtu jārēķinās ar acīmredzamām kļūdām N mēslojuma daudzuma mērījumos. Jo īpaši tajās vietās, kur uz lauka ir mākoņi, ir acīmredzami pārmērīga mēslošana, jo mērījumu indekss ir pārāk zems.

Mērījumu kvalitāte un uzticamība

Tāpēc satelītattēlu mērījumu kvalitāte un uzticamība ir sliktāka salīdzinājumā ar stacionāro sensoru mērījumu kvalitāti un uzticamību, jo tie ir pakļauti daudz lielākam traucējošo mainīgo lielumu skaitam.

Telpiskā izšķirtspēja	N-Sensor^®	Satelīta attēli
Izmērītās vērtības uz ha	125	25
Pozīcijas precizitāte	+/- 0,1 ... 0,3 m	+/- 11 m (kalnainā apvidū arī vairāk)

N-Sensor® mērījumu telpiskā izšķirtspēja ir piecas reizes lielāka nekā satelīta attēlam. Satelītattēlu vidējā pozicionēšanas neprecizitāte ir +/- 11 m. Katra "attēla plāksne" ir 20 x 20 m, un tajā ir tikai viena informācija. Attēla plāksnes novietojums var mainīties visos virzienos par 11 m no realitātes. Tas nozīmē, ka nelielas atšķirības diez vai var droši konstatēt.

Nepietiekama ģeoreferencēšana: ziemeļrietumu pusē biomasa ir attēlota pie lauka robežas, kas realitātē neeksistē. Patiesībā tur ir zemes ceļš un līdz ar to nav nozīmīgas veģetācijas. Norādītā biomasa ir no blakus esošā lauka, kas nāk tikai pēc lauka ceļa. Tādējādi visai kartei, iespējams, ir 10 (?) metru nobīde.

Pozicionēšanas neprecizitātes un malu efekta problēma, protams, ir vairāk jūtama mazākos laukos nekā lielos laukos, neatkarīgi no pozicionēšanas kļūdas laukā.

Praktiskums un ergonomika

Tā kā trūkst absolūto izmērīto vērtību, nav iespējams izmantot absolūtās agronomiskās kontroles funkcijas. Tieši šeit lietotājam ir jāpieņem lielākie un svarīgākie lēmumi:

1. lēmums: Saskaņā ar kādu principu es vēlos veikt mēslošanu?

Robina Huda funkcija (paņem no bagātajiem un dod nabadzīgajiem) vai
Karaļa Jāņa funkcija (ņem no nabadzīgajiem un dod bagātajiem)

2. lēmums: Kāds ir vadības funkcijas slīpums?

Cik lielā mērā es vēlos reaģēt uz atšķirībām kartē, veicot N mēslošanu?

Pozitīvi ir tas, ka gandrīz visi pakalpojumu sniedzēji dod lauksaimniekiem iespēju brīvi atbildēt uz šiem diviem jautājumiem. Tomēr, raugoties uz šo jautājumu apdomīgi, lauksaimnieki ir atstāti vieni paši ar lēmumu pieņemšanu, jo lielākā daļa pakalpojumu sniedzēju nesniedz ieteikumus. Turklāt viņiem gandrīz nav iespēju pārbaudīt pieņemto lēmumu pareizību.

Tāpēc lauksaimniekam pašam jānosaka absolūtais mēslošanas līmenis. To darot, viņš parasti paļaujas uz savām empīriskajām vērtībām un "Kunga acīm". Lai palielinātu precizitāti, var veikt vairākus biomasas griezumus rapsim vai vairākus mērījumus ar N-testeri graudaugiem. Papildus praktiskajiem darbiem dati būtu jāpiešķir atbilstošai satelītattēla plāksnei datorā. Šobrīd tas ir grūti iedomājams.

Tāpēc vienmēr pastāv risks, ka...

vadības funkcijas izvēle,
absolūto mēslošanas līmeni un
N daudzuma izmaiņas

ir fundamentāli kļūdains.

Ergonomika

Saimniecības vadītājam vai agronomam sezonas kulminācijas laikā ir jāveic salīdzinoši daudz biroja darba. Izmantojot satelītattēlus, attiecībā uz katru lauku jāveic šādi pasākumi:

Pārbaudiet: vai ir pieejami pašreizējie attēli?
Ja nē: kādus attēlus izvēlēties kā alternatīvu?
Kāds ir mēslošanas līmenis?
Minimālā un maksimālā kg N/ha noteikšana
Lejupielādēt izkliedes karti
Katras izkliedes kartes manuāls eksports uz USB atmiņas ierīci
Nodošana velkonim

Aplūkosim to, izmantojot piemēru ar 1000 ha lielu saimniecību, kurā 70 % platību aizņem graudaugi un 70 % - rapsi: Ja vidējais lauka lielums ir 15 ha, tas ir aptuveni 50 lauki. Tātad lietotājam ir jāaprēķina 50 izkliedēšanas kartes pirmajai slāpekļa devas devai ziemā, vēl 50 kartes otrajai slāpekļa devai martā/aprīlī un, iespējams, vēl 40 līdz 70 kartes trešajai un ceturtajai devai maijā/jūnijā graudaugiem. Tādā veidā tiek izgatavotas aptuveni 140 līdz 170 izkliedes kartes, kas jāizgatavo saskaņā ar iepriekš minētajiem soļiem. Un tas viss jau tā saspringtajā pavasara sezonā.

Izmantojot mūsu N-apaugļošanas metodi ar N-Sensor® , biroja darbs būtībā aprobežojas ar divām lietām:

Izveidojiet izkliedes kartes pirmajam slāpekļa lietojumam, pamatojoties uz N-Sensor® rudens skenēšanu. Vienlaikus un gandrīz automātiski var aprēķināt visus laukus ar vienu kultūraugu veidu.
Darbu pārvaldība: nosūtiet datus pa e-pastu uz mašīnu, kur vadītājs tos var saņemt un nekavējoties apstrādāt.

Šādus pasūtījumus pēc izvēles var veikt par visām dāvanām un visiem laukiem pirms pavasara sezonas, tādējādi lauksaimniekam tas nerada papildu slogu.

Izmaksas, ieguvumi un pierādītā ietekme

Atfarm pašlaik iekasē 8 €/ha aktīvās platības. Par 1000 ha lielu saimniecību, kurā 70% no platības aizņem graudaugi un rapsi, saimniecība maksā 5600 eiro gadā. Desmit gadu laikā tas ir aptuveni 56 000 €.

Lietošanai gatava sistēma, kas sastāv no N-Sensor® ALS 2 un termināļa, maksā 27 500 €, ja tā ir pilnībā samontēta. Tas tiek amortizēts piecu gadu laikā. Aparatūras pārbaude jāveic reizi divos gados, un tās izmaksas ir 500 €. Ar 3% procentu likmi un divām līdz trim pārbaudēm amortizācijas periodā rodas gada izmaksas aptuveni 5700 EUR apmērā. Desmit gadu laikā tas kopā veido 32 000 €.

Taču izmaksu aspekts ir tikai sekundārs. Patiesi izšķirošais jautājums ir, ko jūs par to saņemat? N-Sensor® priekšrocības ir daudzkārt pierādītas. Tie ietver N ietaupījumu līdz pat 15 %, ražas pieaugumu par 5 %, pļaušanas ražas un novāktās ražas kvalitātes uzlabošanos, kā arī ar N saistīto pļaušanas problēmu novēršanu. Tādējādi vidējais ieguvums ir 100 €/ha, bet augkopības aizsardzībā - 45 €/ha par augšanas regulatoru vai fungicīdu lietošanu. Tādējādi ieguldījumi sensoru tehnoloģijā ir ļoti ekonomiski izdevīgi, un ieguldījumi parasti atmaksājas jau pēc gada.

Saskaņā ar pašreiz pieejamo informāciju satelītattēlu sniedzējs vēl nav veicis plaša mēroga izmēģinājumus. Tāpēc pagaidām nav sniegti pierādījumi, ka N mēslošana saskaņā ar satelītattēliem rada pozitīvu ietekmi.

Secinājums

Izmantojot satelītattēlus, N mēslošanai pagaidām, iespējams, ir labāk nekā pastāvīga mēslošana. Tomēr cenas un veiktspējas attiecība nav pareiza. Svarīgākie trūkumi, ko ilustrē atfarm piemērs salīdzinājumā ar N-Sensor®, ir šādi:

Ierobežota pieejamība mākoņu un mākoņu ēnu dēļ
Flīžu novietojuma neprecizitāte
Līdz 33% zemāka izšķirtspēja
Absolūtās N-uzņemšanas kalibrēšana nav veikta
Absolūtās kontroles funkcijas nav pieejamas vai nav piemērojamas
Slikta ergonomika nozīmē lielus laika izdevumus sezonas laikā.
Lielākām saimniecībām izmaksas ir augstākas nekā N-Sensor®.

Agricon pēdējos gados vairākkārt ir aplūkojis satelītattēlus kā iespējamo informācijas avotu precīzās lauksaimniecības vajadzībām. Tomēr zināmo trūkumu dēļ mēs apzināti nolēmām to neizmantot. Mums nebija iespējams iegūt pozitīvu iznākuma efektu, kas būtu analogs N-Sensor®. Kāda jēga no šķietami "lēta" digitālā rīka, ja mēs negūstam pozitīvu efektu? Tad labāk nepiedāvāt satelīta risinājumu, nevis risinājumu, kas ir sliktāks par sensoru tehnoloģiju.