پهپادها می‌توانند انواع حسگرهای سنجش از دور را حمل کنند که می‌توانند اطلاعات چندبعدی و با دقت بالا از زمین‌های کشاورزی را به دست آورند و نظارت پویا بر انواع مختلف اطلاعات زمین‌های کشاورزی را محقق سازند. چنین اطلاعاتی عمدتاً شامل اطلاعات توزیع مکانی محصول (مکان‌یابی زمین‌های کشاورزی، شناسایی گونه‌های محصول، تخمین مساحت و نظارت پویا بر تغییرات، استخراج زیرساخت‌های مزرعه)، اطلاعات رشد محصول (پارامترهای فنوتیپی محصول، شاخص‌های تغذیه‌ای، عملکرد) و دینامیک عوامل تنش رشد محصول (رطوبت مزرعه، آفات و بیماری‌ها) می‌شود.
اطلاعات مکانی زمین‌های کشاورزی
اطلاعات مکانی زمین‌های کشاورزی شامل مختصات جغرافیایی مزارع و طبقه‌بندی محصولات است که از طریق تمایز بصری یا تشخیص ماشینی به دست می‌آید. مرزهای زمین را می‌توان با مختصات جغرافیایی شناسایی کرد و منطقه کاشت را نیز می‌توان تخمین زد. روش سنتی دیجیتالی کردن نقشه‌های توپوگرافی به عنوان نقشه پایه برای برنامه‌ریزی منطقه‌ای و تخمین مساحت، به موقع بودن ضعیفی دارد و تفاوت بین موقعیت مرزی و وضعیت واقعی بسیار زیاد است و فاقد شهود است که برای اجرای کشاورزی دقیق مفید نیست. سنجش از دور با پهپاد می‌تواند اطلاعات مکانی جامعی از زمین‌های کشاورزی را در زمان واقعی به دست آورد که مزایای بی‌نظیر روش‌های سنتی را دارد. تصاویر هوایی از دوربین‌های دیجیتال با کیفیت بالا می‌توانند شناسایی و تعیین اطلاعات مکانی اولیه زمین‌های کشاورزی را محقق کنند و توسعه فناوری پیکربندی مکانی، دقت و عمق تحقیقات در مورد اطلاعات مکانی زمین‌های کشاورزی را بهبود می‌بخشد و ضمن معرفی اطلاعات ارتفاعی، وضوح مکانی را بهبود می‌بخشد که نظارت دقیق‌تر بر اطلاعات مکانی زمین‌های کشاورزی را محقق می‌کند.
اطلاعات رشد محصول
رشد محصول را می‌توان با اطلاعاتی در مورد پارامترهای فنوتیپی، شاخص‌های تغذیه‌ای و عملکرد توصیف کرد. پارامترهای فنوتیپی شامل پوشش گیاهی، شاخص سطح برگ، زیست توده، ارتفاع گیاه و غیره است. این پارامترها به هم مرتبط هستند و در مجموع رشد محصول را توصیف می‌کنند. این پارامترها به هم مرتبط هستند و در مجموع رشد محصول را توصیف می‌کنند و مستقیماً با عملکرد نهایی مرتبط هستند. آنها در تحقیقات نظارت بر اطلاعات مزرعه غالب هستند و مطالعات بیشتری انجام شده است.
۱) پارامترهای فنوتیپی محصول
شاخص سطح برگ (LAI) مجموع سطح برگ سبز یک طرفه در واحد سطح است که می‌تواند جذب و استفاده از انرژی نور توسط محصول را بهتر توصیف کند و ارتباط نزدیکی با تجمع مواد و عملکرد نهایی محصول دارد. شاخص سطح برگ یکی از پارامترهای اصلی رشد محصول است که در حال حاضر توسط سنجش از دور با پهپاد پایش می‌شود. محاسبه شاخص‌های پوشش گیاهی (شاخص پوشش گیاهی نسبی، شاخص پوشش گیاهی نرمال شده، شاخص پوشش گیاهی تهویه خاک، شاخص پوشش گیاهی تفاضلی و غیره) با داده‌های چند طیفی و ایجاد مدل‌های رگرسیون با داده‌های واقعیت زمینی، روشی بالغ‌تر برای معکوس کردن پارامترهای فنوتیپی است.
زیست توده روی زمین در مراحل پایانی رشد محصولات کشاورزی ارتباط نزدیکی با عملکرد و کیفیت آن دارد. در حال حاضر، تخمین زیست توده توسط سنجش از دور پهپاد در کشاورزی هنوز هم عمدتاً از داده‌های چند طیفی استفاده می‌کند، پارامترهای طیفی را استخراج می‌کند و شاخص پوشش گیاهی را برای مدل‌سازی محاسبه می‌کند؛ فناوری پیکربندی مکانی مزایای خاصی در تخمین زیست توده دارد.
۲) شاخص‌های تغذیه‌ای محصولات کشاورزی
پایش سنتی وضعیت تغذیه‌ای محصولات کشاورزی نیازمند نمونه‌برداری میدانی و تجزیه شیمیایی داخلی برای تشخیص محتوای مواد مغذی یا شاخص‌ها (کلروفیل، نیتروژن و غیره) است، در حالی که سنجش از دور با پهپاد بر این واقعیت استوار است که مواد مختلف دارای ویژگی‌های بازتاب-جذب طیفی خاصی برای تشخیص هستند. کلروفیل بر اساس این واقعیت پایش می‌شود که دو ناحیه جذب قوی در باند نور مرئی دارد، یعنی قسمت قرمز ۶۴۰-۶۶۳ نانومتر و قسمت آبی-بنفش ۴۳۰-۴۶۰ نانومتر، در حالی که جذب در ۵۵۰ نانومتر ضعیف است. ویژگی‌های رنگ و بافت برگ زمانی تغییر می‌کنند که محصولات کشاورزی دچار کمبود هستند و کشف ویژگی‌های آماری رنگ و بافت مربوط به کمبودهای مختلف و خواص مرتبط، کلید پایش مواد مغذی است. مشابه پایش پارامترهای رشد، انتخاب باندهای مشخصه، شاخص‌های پوشش گیاهی و مدل‌های پیش‌بینی هنوز محتوای اصلی مطالعه است.
۳) عملکرد محصول
افزایش عملکرد محصول هدف اصلی فعالیت‌های کشاورزی است و تخمین دقیق عملکرد برای بخش‌های تولید کشاورزی و تصمیم‌گیری‌های مدیریتی مهم است. محققان متعددی تلاش کرده‌اند تا از طریق تحلیل چند عاملی، مدل‌های تخمین عملکرد با دقت پیش‌بینی بالاتر ایجاد کنند.
رطوبت کشاورزی
رطوبت زمین‌های کشاورزی اغلب با روش‌های مادون قرمز حرارتی پایش می‌شود. در مناطقی با پوشش گیاهی زیاد، بسته شدن روزنه‌های برگ، اتلاف آب ناشی از تعرق را کاهش می‌دهد که این امر شار گرمای نهان در سطح را کاهش و شار گرمای محسوس در سطح را افزایش می‌دهد که به نوبه خود باعث افزایش دمای سایه‌بان می‌شود که به عنوان دمای سایه‌بان گیاه در نظر گرفته می‌شود. از آنجایی که شاخص تنش آبی، تعادل انرژی محصول را منعکس می‌کند، می‌تواند رابطه بین محتوای آب محصول و دمای سایه‌بان را کمّی کند، بنابراین دمای سایه‌بان به دست آمده توسط حسگر مادون قرمز حرارتی می‌تواند وضعیت رطوبت زمین کشاورزی را منعکس کند. خاک لخت یا پوشش گیاهی در مناطق کوچک، می‌تواند برای معکوس کردن غیرمستقیم رطوبت خاک با دمای زیرسطحی استفاده شود، که این اصل را دنبال می‌کند: گرمای ویژه آب زیاد است، دمای گرما به کندی تغییر می‌کند، بنابراین توزیع مکانی دمای زیرسطحی در طول روز می‌تواند به طور غیرمستقیم در توزیع رطوبت خاک منعکس شود. بنابراین، توزیع مکانی دمای زیرسطحی در طول روز می‌تواند به طور غیرمستقیم توزیع رطوبت خاک را منعکس کند. در پایش دمای سایه‌بان، خاک لخت یک عامل تداخلی مهم است. برخی از محققان رابطه بین دمای خاک لخت و پوشش گیاهی زمین را بررسی کرده‌اند، شکاف بین اندازه‌گیری‌های دمای سایبان ناشی از خاک لخت و مقدار واقعی را روشن کرده‌اند و از نتایج اصلاح‌شده در پایش رطوبت زمین‌های کشاورزی برای بهبود دقت نتایج پایش استفاده کرده‌اند. در مدیریت تولید واقعی زمین‌های کشاورزی، نشت رطوبت مزرعه نیز مورد توجه است، مطالعاتی با استفاده از تصویربردارهای مادون قرمز برای پایش نشت رطوبت کانال‌های آبیاری انجام شده است که دقت آن می‌تواند به ۹۳٪ برسد.
آفات و بیماری‌ها
استفاده از نظارت بر بازتاب طیفی نزدیک به مادون قرمز آفات و بیماری‌های گیاهی، بر اساس: برگ‌ها در ناحیه نزدیک به مادون قرمز بازتاب توسط بافت اسفنجی و کنترل بافت حصار، گیاهان سالم، این دو شکاف بافتی پر از رطوبت و انبساط، بازتابنده خوبی از تشعشعات مختلف است؛ وقتی گیاه آسیب می‌بیند، برگ آسیب می‌بیند، بافت پژمرده می‌شود، آب کاهش می‌یابد، بازتاب مادون قرمز تا زمان از بین رفتن کاهش می‌یابد.
پایش دما با مادون قرمز حرارتی نیز شاخص مهمی برای آفات و بیماری‌های گیاهی است. گیاهان در شرایط سالم، عمدتاً از طریق کنترل باز و بسته شدن روزنه‌های برگ و تنظیم تعرق، دمای خود را حفظ می‌کنند. در صورت بیماری، تغییرات پاتولوژیکی رخ می‌دهد، تعاملات پاتوژن-میزبان در پاتوژن روی گیاه، به ویژه بر جنبه‌های مربوط به تعرق، تأثیر می‌گذارد و افزایش و کاهش دما در قسمت آلوده را تعیین می‌کند. به طور کلی، حس گیاه منجر به اختلال در باز شدن روزنه‌ها می‌شود و بنابراین تعرق در ناحیه بیمار بیشتر از ناحیه سالم است. تعرق شدید منجر به کاهش دمای ناحیه آلوده و اختلاف دمای بیشتر در سطح برگ نسبت به برگ طبیعی می‌شود تا زمانی که لکه‌های نکروتیک روی سطح برگ ظاهر شوند. سلول‌های ناحیه نکروتیک کاملاً مرده هستند، تعرق در آن قسمت کاملاً از بین می‌رود و دما شروع به افزایش می‌کند، اما از آنجا که بقیه برگ شروع به آلوده شدن می‌کند، اختلاف دما در سطح برگ همیشه بیشتر از یک گیاه سالم است.
سایر اطلاعات
در زمینه پایش اطلاعات زمین‌های کشاورزی، داده‌های سنجش از دور پهپاد طیف وسیع‌تری از کاربردها را دارد. به عنوان مثال، می‌توان از آن برای استخراج ناحیه افتاده ذرت با استفاده از ویژگی‌های بافت چندگانه، منعکس کردن سطح بلوغ برگ‌ها در مرحله بلوغ پنبه با استفاده از شاخص NDVI و تولید نقشه‌های تجویز کاربرد اسید آبسیزیک که می‌تواند به طور موثر پاشش اسید آبسیزیک روی پنبه را برای جلوگیری از کاربرد بیش از حد آفت‌کش‌ها هدایت کند و غیره استفاده کرد. با توجه به نیازهای پایش و مدیریت زمین‌های کشاورزی، بررسی مداوم اطلاعات داده‌های سنجش از دور پهپاد و گسترش زمینه‌های کاربردی آن، یک روند اجتناب‌ناپذیر برای توسعه آینده کشاورزی اطلاعاتی و دیجیتالی است.
زمان ارسال: ۲۴ دسامبر ۲۰۲۴