Hassas tarım için drone sensörleri

Giriş

Son yıllarda tarımda teknolojilerin, özellikle izleme ve veri toplama araçlarının giderek daha yaygın şekilde kullanıldığına tanık oluyoruz. Bunun nedeni basit: veriler, tarlada zamandan ve kaynaklardan tasarruf ederek rasyonel bir şekilde hareket edebilmek için değerlidir.

Kilit faktörlerden biri, sunulan hizmeti kişiselleştirmektir; çünkü her tarım işletmesinin kendine özgü ihtiyaçları ve farklı yatırım kapasiteleri vardır. Kuşkusuz ekonomik faktör en hassas konudur, çünkü özellikle çiftliklerin çoğunluğunun 10 hektardan küçük bir alana sahip olduğu Avrupa’da hassas tarımın yaygınlaşmasını sınırlayabilir.

Bu bağlamda, sensörlerle donatılmış dronlar erişilebilir bir çözüm sunar ve maliyetli altyapılara gerek kalmadan kesin bilgiler elde edilmesini sağlar; ayrıca üçüncü taraf hizmetlerinden yararlanma olasılığı da değerlendirilebilir. Agrobit, hava fotogrametrisi, RGB, multispektral ve termal haritaların, reçete haritalarının, 3B modellerin oluşturulması ve gelişmiş veri işleme için iDrone hizmetini sunmaktadır. Sunulan hizmetler hakkında daha fazla bilgi edinmek için iDrone: agronomistin güçlü müttefiki olarak drone başlıklı özel makaleyi okuyabilirsiniz.

Drone sensörleri

Bu makalenin amacı, uzaktan kumandalı hava araçlarına, yani dronlara takılabilecek sensörlere genel bir bakış sunmaktır.

Temellerden başlayalım: sensör nedir? Teknik olarak, fiziksel bir büyüklüğü (örneğin sıcaklık, nem, yansıyan ışık) algılayabilen ve bunu yorumlanabilir dijital bir veriye dönüştürebilen bir cihazdır. Daha basit bir ifadeyle, sensörler, tarlada bilgi toplayan **“gözler”**dir ve agronomist, bu bilgileri gelişmiş veri analizi teknikleriyle yorumlayan ve deneyimi sayesinde somut eyleme dönüştüren **“operasyonel zihin”**dir. Bitki örtüsünden yansıyan ışığın kaydedilmesi sayesinde, gerçek bir dijital parmak izi niteliğinde olan bitki örtüsünün spektral imzasını oluşturmak mümkündür (Şekil 1). Her bölge, bitkinin belirli özelliklerine karşılık gelir; örneğin kızılötesi bölgede yaprakların hücresel yapısı karakterize edilebilir.

Şekil 1: Bitki örtüsünün spektral imzası (kaynak: Roman, Anamaria & Ursu, Tudor. (2016). Multispectral satellite imagery and airborne laser scanning techniques for the detection of archaeological vegetation marks).

Neden drone sensörleri kullanılmalı? Temel amaçlar şunlardır:

• Mevcut sensöre bağlı olarak vejetasyon indekslerinin (NDVI, VARI, NDRE, GNDVI) hesaplanması yoluyla ürünün sağlık durumunun analiz edilmesi.
• İndekslere dayalı özel reçete haritalarının oluşturulması sayesinde, örneğin sulama ve gübreleme için kullanılan kaynakların optimize edilmesi.
• Genellikle erken aşamalarda görünmez olan bitki hastalıkları ve zararlı böcek saldırılarının zamanında tespit edilmesi.
• Alana özgü müdahalelerle agronomik kararların desteklenmesi.

Sensör türleri

Drone, ürünün üzerinde alçak irtifada uçar ve bir sensör aracılığıyla bilgi toplar. Başlıca sensör türleri RGB, multispektral, termal ve LiDAR’dır (Şekil 2). Hiperspektral sensörler de mevcuttur, ancak yüksek satın alma maliyetleri nedeniyle hâlâ yalnızca araştırma dünyasına özgüdür.

Şekil 2: Her sensör türü için ticari sensör örnekleri. Soldan sağa: RGB, multispektral, termal, LiDAR.

RGB sensörleri, üç ana renk kanalında yüksek çözünürlüklü görüntüler sağlar: kırmızı (R), yeşil (G) ve mavi (B). Pratikte, insan gözünün çevreyi gözlemleme yeteneğini simüle ederler ve bir akıllı telefon kamerasına benzer şekilde çalışırlar. Avantajları, tarlanın coğrafi referanslı haritalarının, 3B modellerin, bitki sayımlarının, ürün durumunun görsel analizinin ve görünür hasarların tespitinin elde edilebileceği son derece ayrıntılı görüntüler elde edebilmeleridir.

Multispektral sensörler, kızılötesi ve red edge gibi insan gözüyle görülemeyen elektromanyetik spektrum bantlarında görüntüler yakalar. Bu, bitkinin sağlık durumunun daha derinlemesine analiz edilmesini sağlar. Özellikle, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) veya GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation Index) gibi hassas vejetasyon indekslerinin hesaplanması mümkündür. Bu indeksler, abiyotik ve biyotik stresin erken tespiti için faydalıdır. Vejetasyon indeksleri sayesinde, tarlayı temsil eden tematik haritalar oluşturulabilir; örneğin NDVI indeksi, bir vigor haritası oluşturmak için kullanılır (Şekil 3). Bu harita, taç biyokütlesinin izlenmesini ve daha az canlı alanların tespit edilmesini sağlar.

Şekil 3: Bir bağda NDVI indeksinden elde edilen vigor haritası.

Termal sensörler, yüzey sıcaklığını ölçerek taç veya toprağın sıcaklık değişimlerini tespit eder. Bu sensör başlangıçta sulama sistemlerinin verimliliğini izlemek amacıyla geliştirilmiştir, ancak su stresi altındaki alanları belirlemek için de etkili bir şekilde kullanılabilir (stres altındaki yapraklar stomalarını kapatma ve terlemeyi azaltma eğilimindedir, bu da yüzey sıcaklığını artırır) ve don veya sıcak çarpması kaynaklı hasarların değerlendirilmesinde kullanılabilir. Sensör tarafından toplanan veriler, termal stresten etkilenen alanların analiz edilmesini sağlayan bir termal haritaya (Şekil 4) dönüştürülebilir.

Şekil 4: Termal sensörlü drone taramasına dayanan bir bağın termal haritası.

Son olarak, LiDAR sensörleri lazer atımları yayar ve atımın alıcı tarafından algılanması için geçen süreyi ölçer. Geçen süre mesafeye dönüştürülür ve bir nokta oluşturulur. Bu işlemin, örneğin bir sıra boyunca, sayısız kez tekrarlanmasıyla bitkinin tacının üç boyutlu nokta bulutu oluşturulabilir. 3B model sayesinde, bitkinin biyometrik parametreleri (taç hacmi, yüksekliği ve yoğunluğu gibi) hesaplanabilir ve bir “dijital ikiz” oluşturulabilir (Şekil 5 ve Şekil 6).

Şekil 5: Bir bağın dijital ikizi.

Şekil 6: Bir turunçgil bitkisinin (solda) ve bir asma sırasının (sağda) dijital ikizi.

Sonuçlar

Drone sensörlerinin kullanımı, çiftçinin daha rasyonel ve nesnel bir şekilde çalışmasına, kaynak israfını sınırlamasına ve verimliliği artırmasına olanak tanır. Potansiyellerine rağmen, belirli sınırlamaların farkında olmak çok önemlidir. Dronların kullanımı, teknik beceriler ve hava sahasında uçuşa ilişkin mevzuatın sertifikalı bir şekilde bilinmesini gerektirir. Ayrıca, drone ile uzaktan algılamadan elde edilen verilerin yönetimi ve analizi de göz ardı edilmemelidir.

Tam da bu nedenlerle, etkili bir çözüm, iDrone hizmetiyle hassas tarımı doğrudan tarlaya taşımak için uzmanlık, teknoloji ve gelişmiş altyapı sunan Agrobit’e güvenmektir. iDrone ile Agrobit ekibi, planlanan uçuştan veri toplamaya, harita işlemeden çiftçiye yönelik karar desteğine kadar tarlanızla ilgilenecektir. iDrone ile her uçuş kazandıran bir tercihtir!