مدیریت و پایش اراضی کشاورزی با استفاده از تصاویر راداری

سنجش از دور به طور کلی علم مطالعه و دریافت اطلاعات از عوارض سطح زمین است و این یعنی کاربردهای بسیاری را در بر میگیرد. به طور خاص این متن سعی در تشریح یکی از کاربردهای تکنولوژی سنجش از دور در پایش اراضی کشاورزی را دارد که اصطلاحا به این نوع کشاورزی بر پایه سنجش از دور، کشاورزی دقیق گفته می‌شود.

تصاویر ماهواره ای توسط سنجنده های نصب شده بر روی این سکوهای فضایی بر مبنای دریافت انرژی الکترومغناطیس بازتابی از سطح عوارض زمین به صورت ساختاری متشکل از پیکسل ها تشکیل می‌شوند. هر کدام از عوارض سطح زمین بر مبنای ویژگی های فیزیکی و زیستی خود دارای بازتاب مشخص و مخصوصی هستند.

به طور کلی تصاویر ماهواره ای به دو نوع تقسیم می‌شوند: تصاویر اپتیک مانند Sentinel- 2 و LANDSAT- 8 و تصاویر راداری مانند Sentinel- 1 و RADARSAT- 2

مزایای استفاده از تصاویر راداری

تصاویر اپتیک در طول موج های کوتاه یعنی مرئی و مادون قرمز، و تصاویر رادار در طول موج های بسیار بلندتر یعنی محدوده مایکروویو طیف الکترومغناطیس برداشت می‌شوند. یکی از ویژگی های مهم تصاویر رادار قدرت عبور از ابر است، در نتیجه این تصاویر حتی در شرایط جوی نامساعد و هوای ابری نیز از سطح زمین برداشت می‌شوند.

سنجش از دور رادار مزیت هایی نسبت به سنجش از دور نوری دارد که در کاربردهای کشاورزی استفاده از آن در بعضی موارد می‌تواند ارجح باشد و در موارد بسیاری این دو مکمل هم هستند. فرکانس های راداری تحت تاثیر شرایط اتمسفری، از جمله وجود ابر قرار نمی‌گیرند. این بدان معناست که حتی در روزهایی که هوا ابری و شرایط اتمسفری برای تصویربرداری اپتیک نامناسب است، عملیات پایش اراضی کشاورزی دچار وقفه و مشکل نخواهد شد. از دیگر مزایای تصاویر رادار این است که برخلاف تصاویر اپتیک که فقط بازتاب های سطحی را دریافت و جمع آوری می‌کنند، داده های راداری با توجه به طول موج بلند توانایی نفوذ به درون تاج پوشش سطحی گیاه را دارند و بازتاب های آنها اطلاعاتی از کل اجزای گیاه و به عبارت دیگر شرایط بیوفیزیکی گیاه در اختیار ما می‌گذارد. از طرفی این قدرت نفوذ امواج راداری مساوی است با رسیدن آنها به سطح زمین کشاورزی و در نتیجه می‌توان پارامترهای خاک را نیز مورد بررسی قرار داد، حساسیت بسیار بالای ضریب بازپراکنش داده های راداری با ضریب دی الکتریک یا همان رطوبت خاک می‌تواند اطلاعات رطوبت خاک را نیز برآورد کند که این موضوع در تعیین زمان و میزان آبیاری می‌تواند بسیار مهم باشد.

آمایش سرزمین کشاورزی و تعیین الگوی کشت

در آمایش سرزمین به طور کلی کاربری مناسب برای هر منطقه شناسایی می‌شود، در آمایش سرزمین کشاورزی نوع محصول کشاورزی بهینه از لحاظ به کارگیری متغیرهای اقتصادی، محیط زیستی و اجتماعی مشخص می‌شود، که نتیجه آن سودآوری اقتصادی بیشتر، بهره برداری پایدارتر، حفظ پارامترهای محیط زیستی و رفاه اجتماعی بالاتر می‌باشد. با استفاده از تکنولوژی سنجش از دور و GIS امروزه اطلاعات دقیقی از پارامترهای مهم مورد استفاده در عملیات آمایش سرزمین کشاورزی در دسترس است. در این پروسه پارامترهای مختلفی از محیط زیست اعم از: توپوگرافی (شیب، جهت، ارتفاع و …)، هواشناسی (اقلیم و بارندگی) زمین شناسی، خاکشناسی، هیدرولوژی، پوشش گیاهی، فرسایش و رسوب مورد نیاز است که با استفاده از تصاویر ماهواره ای و عکس های هوایی بررسی، شناسایی و اندازه گیری شده و اطلاعات آنها به صور مختلف اعم از نقشه، جدول و … وارد سیستم اطلاعات مکانی می‌شود. در نهایت توان اکولوژیکی منطقه به دست آمده و در ترکیب با اطلاعات اقتصادی، اجتماعی و سیاستگذاری های منطقه، آمایش سرزمین کشاورزی و تعیین الگوی کشت منطقه حاصل می‌گردد.

تعیین سطح زیر کشت محصولات کشاورزی

محاسبه سطح زیر کشت یک محصول خاص در یک منطقه یا تهیه نقشه تفکیک محصولات کشاورزی از اهمیت بالایی برای مدیریت و برنامه ریزی کشاورزی برخودار هستند. هر محصول کشاورزی طبق خصوصیات فیزیکی و زیستی آن، در باندهای مختلف تصاویر ماهواره ای بازتاب متفاوتی داشته و میتوان محصولات کشاورزی مختلف را طبق این قاعده روی تصویر ماهواره ای تفکیک کرد و نقشه طبقه بندی شده محصولات را در مناطق مختلف تهیه کرد.

نوع خاصی از سنجنده های فضایی از نوع اپتیک تحت عنوان سنجنده های “فراطیفی” یا “Hyper Spectral” وجود دارند که نسبت به سنجنده های دیگر اپتیک یعنی سنجنده های چند طیفی دارای قدرت تفکیک طیفی بسیار بالاتری بوده و برای تفکیک محصولات کشاورزی بسیار کارآمد هستند. به طور مثال ماهواره ماهواره EO1 متعلق به ناسا و سنجنده Hyperion آن دارای 242 باند طیفی است و تفاوت آن با ماهواره های چند طیفی مانند Sentinel- 2 با 13 باند طیفی در عرض کمتر باندهای طیفی و قدرت تفکیک طیفی بیشتر است.

برآورد عملکرد محصول اراضی کشاورزی

برای برآورد عملکرد محصول اراضی کشاورزی میتوان با استفاده از تصاویر ماهواره ای مدل هایی تهیه کرد که با دقت و صحت بسیار بالایی، ماه ها قبل از فصل رسیدگی و برداشت محصول، عملکرد را برآورد کنند که این در مدیریت زمین کشاورزی و در سیاست ها و برنامه های تجاری میتواند به کار گرفته شود. شاخص های مورد استفاده در این نوع پروژه ها، شاخص های گیاهی تصاویر اپتیک، پارامترهای پلاریمتری راداری، ضریب بازپراکنش راداری و پارامترهای اینترفرومتری تصاویر راداری می‌باشند.

بر اساس مدل فائو به طور کلی مقدار عملکرد محصول و زیست توده آن دارای رابطه ای مستقیم و بسیار قوی هستند. در واقع منطق مدلسازی عملکرد محصول با شاخص های تصاویر ماهواره نیز همین پارامتر زیست توده می‌باشد، به طوری که در تصویر ماهواره ای شاخص های استخراج شده از تصاویر اپتیک و راداری با تراکم پوشش گیاهی (پوشش گیاهی در اینجا همان محصول کشاورزی است) و حجم زیست توده رابطه های دارای همبستگی بالا هستند و با توجه به تراکم پوشش محصول و حجم زیست توده موجود بر روی زمین کشاورزی، میزان عملکرد محصول را برآورد و پیش‌بینی می‌کنند.

مدیریت و پایش اراضی کشاورزی

تصاویر ماهواره ای با دید وسیع و دقیق و با تصاویر تکراری منظم، تقریبا هر هفته یکبار از اراضی کشاورزی تمام مناطق جهان تهیه میشوند؛ بنابراین ابزاری بسیار کارآمد برای پایش و مدیریت اراضی کشاورزی هستند. این تصاویر تمام قسمت های زمین کشاورزی را پوشش میدهند یعنی کاری که به وسیله انسان عملا ممکن نیست و علاوه بر این به دلیل اینکه دارای باندهای طیفی مختلف میباشند، میتوانند وضعیت سلامت پوشش گیاهی را طوری رصد کنند در واقع چشم انسان در محدوده مرئی طیف الکترومغناطیس توانایی دیدن دارد، حال آنکه تصاویر ماهواره ای مجهز به سنجنده های مادون قرمز و راداری نیز هستند. که در صورت بروز هر نوع تنش و ناهنجاری مانند هجوم آفات، کم آبی به دلایل مختلف مانند عدم زهکشی مناسب، بیماری گیاهی و رشد علف های هرز در هر قسمت از زمین قبل از اینکه با چشم انسان قابل مشاهده باشد روی تصویر دیده خواهد شد و مختصات دقیق آن بخش از زمین در اختیار کشاورز قرار گرفته تا در سریع ترین زمان ممکن واکنش مناسب (مانند اصلاح ساختار زهکشی، کوددهی، سمپاشی) را نسبت به آن تنش انجام دهد و وضعیت سلامت محصول زمین کشاورزی خود را در تمام قسمت های آن به طور یکسان مدیریت کرده تا در نتیجه میزان زیست توده و تراکم پوشش محصول در زمین کشاورزی و سود اقتصادی حاصل از فروش محصول در فصل برداشت به حداکثر برسند.

شرکت دانش بنیان ستپلت (SATPLAT) به عنوان یکی از پیشگامان این عرصه در کشور متشکل از جوانان با انگیزه و فارغ التحصیل از دانشگاه های مطرح همچون دانشگاه های تهران و صنعتی شریف پا در این عرصه نهاده و با برنامه ریزی دقیق و با استفاده از ماهواره های قدرتمندی نظیر سنتینل- 1 و سنتینل- 2 آژانس فضایی اروپا و با هدف کمک به رشد و پیشرفت کشاورزی کشور و همچنین ایجاد رونق اقتصادی برای عموم مردم از طریق تحول در بخش کشاورزی در حال فعالیت است.