Hassas tarım için drone sensörleri

Giriş

Son yıllarda tarımda teknolojinin, özellikle de izleme ve veri toplama araçlarının kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Nedeni basit: sahada rasyonel hareket edebilmek, zamandan ve kaynaklardan tasarruf etmek için veriler değerlidir.

Her çiftliğin özel ihtiyaçları ve farklı yatırım kapasiteleri olduğu için teklifin özelleştirilmesi kilit faktörlerden biridir. Kuşkusuz ekonomik konu en sıcak olanıdır çünkü özellikle çiftliklerin çoğunun 10 hektardan daha az bir alana sahip olduğu Avrupa’da hassas tarımın yayılmasını sınırlayabilir.

Bu bağlamda, sensör donanımlı dronlar uygun fiyatlı bir çözüm sunmakta ve sözleşmeli hizmetler düşünüldüğünde bile pahalı altyapı olmadan kesin bilgi elde etmeyi mümkün kılmaktadır. Agrobit şunları sunar iDrone Hava fotogrametrisi, rgb, multispektral ve termal haritaların oluşturulması, reçete haritaları, 3D modeller ve gelişmiş veri işleme için hizmet. Sunulan hizmetler hakkında daha fazla bilgi edinmek için özel makaleyi okuyun iDrone: tarım uzmanının güçlü bir müttefiki olarak drone.

Drone sensörleri

Bu makalenin amacı, uzaktan kumandalı hava araçlarına veya dronlara takılabilen sensörlere genel bir bakış sağlamaktır.

Temel bilgilerle başlayalım, sensör nedir? Teknik olarak, fiziksel bir miktarı (örneğin sıcaklık, nem, yansıyan ışık) algılayabilen ve bunu yorumlanabilir dijital verilere dönüştürebilen bir cihazdır. Daha basit bir ifadeyle, sensörler tarlada bilgi toplayan ‘gözler’ , agronomist ise bunları gelişmiş veri analizi teknikleriyle yorumlayan ve deneyimleriyle işlerliğe dönüştüren ‘operasyonel akıl’dır. Bitki örtüsü tarafından yansıtılan ışığı yakalayarak, bitki örtüsünün spektral imzasını, yani gerçek bir parmak izini oluşturmak mümkündür (Şekil 1). Her bölge belirli bitki özelliklerine karşılık gelir, örneğin kızılötesinde yaprakların hücre yapısını karakterize etmek mümkündür.

Şekil 1: Bitki örtüsünün spektral imzası (kaynak: Roman, Anamaria & Ursu, Tudor. (2016). Arkeolojik bitki örtüsü izlerinin tespiti için multispektral uydu görüntüleri ve havadan lazer tarama teknikleri).

Neden drone sensörleri kullanılmalı? Ana hedefler şunlardır:

• Bitki örtüsü endekslerinin (mevcut sensöre bağlı olarak NDVI, VARI, NDRE, GNDVI) hesaplanması yoluyla mahsulün sağlık durumunun analizi.
• Örneğin sulama ve gübreleme için indeks tabanlı reçete haritalarının oluşturulması yoluyla kullanılan kaynakların optimizasyonu .
• Genellikle erken aşamalarda görünmeyen bitki sağlığı ve patojenik böcek saldırılarının erken tespiti.
• Sahaya özgü müdahalelerle tarımsal karar desteği.

Sensör tipleri

Drone alçak irtifada mahsulün üzerinde uçar ve sensörle bilgi toplar. Başlıca sensör türleri RGB, multispektral, termal ve LiDAR ‘dır (Şekil 2). Hiperspektral sensörler de mevcuttur, ancak yüksek satın alma maliyetleri nedeniyle hala araştırma dünyasının özel koruması altındadır.

Şekil 2: Ticari sensör tiplerine örnekler. Soldan: RGB, multispektral, termal, LiDAR.

RGB sensörleri üç ana renk kanalında yüksek çözünürlüklü görüntüler sağlar: kırmızı (R), yeşil (G) ve mavi (B). Pratikte, insan gözünün çevresini gözlemleme yeteneğini taklit ederler ve akıllı telefon kamerasına benzer şekilde hareket ederler. Avantajı, coğrafi referanslı tarla haritaları, 3D modeller, bitki sayımları, mahsulün durumunun görsel analizi ve görünür hasar tespitinin türetilebileceği çok ayrıntılı görüntüler elde etme olasılığıdır.
Multispektral sensörler elektromanyetik spektrumun insan gözüyle görülemeyen bantlarında, örneğin kızılötesi ve kırmızı kenarda görüntüler elde eder. Bu, bitki sağlığının daha derinlemesine analiz edilmesini sağlar. Özellikle NDVI (Normalleştirilmiş Fark Bitki Örtüsü Endeksi), NDRE (Normalleştirilmiş Fark Kırmızı Kenar Endeksi) veya GNDVI (Yeşil Normalleştirilmiş Fark Bitki Örtüsü Endeksi) gibi doğru bitki örtüsü endeksleri hesaplanabilir. Bu indeksler, abiyotik ve biyotik streslerin erken tespitinde etkilidir. Bitki örtüsü endeksleri aracılığıyla, alanı temsil eden tematik haritalar oluşturmak mümkündür, örneğin NDVI endeksi canlılık haritasını oluşturmak için kullanılır (Şekil 3). Bu harita, kanopinin biyokütlesini izlemeyi ve daha az kuvvetli alanları belirlemeyi mümkün kılar.

Şekil 3: Bağda NDVI indeksinden elde edilen canlılık haritası.

Termal sensörler yüzey sıcaklığını ölçerek kanopi veya toprak sıcaklığındaki değişiklikleri tespit eder. Bu sensör sulama sistemlerinin verimliliğini izlemek amacıyla oluşturulmuştur, ancak su stresi altındaki alanları belirlemek (stres altındaki yapraklar stomalarını kapatma ve evapotranspirasyonu azaltma eğilimindedir, bu da yüzey sıcaklığını artırır) ve don / ısı hasarını değerlendirmek için etkili bir şekilde kullanılabilir. Sensör tarafından toplanan veriler, ısı stresi ile karakterize edilen alanların analizine olanak tanıyan bir ısı haritasına (Şekil 4) dönüştürülebilir.

Şekil 4: Termal sensörlü drone araştırmasına dayalı bir üzüm bağının ısı haritası.

Son olarak, LiDAR sensörleri lazer darbeleri yayar ve darbenin alıcı tarafından algılanması için geçen süreyi ölçer. Geçen süre mesafeye çevrilir ve bir nokta oluşturulur. Bu işlemin sayısız kez tekrarlanmasıyla, örneğin bir sıra boyunca, bitki kanopisinin üç boyutlu nokta bulutu oluşturulabilir. 3D modeli kullanarak biyometrik bitki parametrelerini (hacim, yükseklik ve taç yoğunluğu gibi) hesaplamak ve ‘dijital ikiz’ oluşturmak mümkündür (Şekil 5 ve Şekil 6).

Şekil 5: Bir üzüm bağının dijital ikizi.

Şekil 6: Bir narenciye bitkisinin (solda) ve bir sıra asmanın (sağda) dijital ikizi.

Sonuçlar

Drone sensörlerinin kullanımı, çiftçinin daha rasyonel ve objektif çalışmasını sağlayarak kaynak israfını sınırlandırır ve verimliliği artırır.
Potansiyeline rağmen, belirli sınırlamaların farkında olmak çok önemlidir. Dronların kullanımı teknik beceriler ve hava sahasında uçmaya ilişkin düzenlemeler hakkında sertifikalı bilgi gerektirir. Ayrıca drone ile uzaktan algılamadan elde edilen verilerin yönetimi ve analizi de ihmal edilmemelidir.
Tam da bu nedenlerden dolayı, etkili bir çözüm Agrobit’e güvenmektir. iDrone, uzmanlık, teknoloji ve gelişmiş altyapı sağlar hassas tarımı doğrudan tarlaya getirmek için. iDrone ile Agrobit ekibi tarlanızla ilgilenecek Planlanan uçuştan veri toplamaya, harita işlemeden çiftçi için karar desteğine kadar. iDrone ile her uçuş kazanan bir seçimdir!