SAR data jako zdroj informací pro agrotechnickou praxi
V zemědělské praxi se v posledních desetiletích již tradičně využívají družicové snímky. Mezi nejčastěji využívané patří především dostupné produkty programu Copernicus Evropské kosmické agentury (ESA). Vzhledem k tomu, že ČR je členem ESA, všechny produkty programu Copernicus jsou zdarma. Primárně se jedná o družicové snímky Sentinel 2 operující v optické části spektra mimo tepelnou oblast. Velkou nevýhodou těchto snímků je však jejich nedostatečná využitelnost během vegetační sezóny kvůli značné oblačnosti nad územím České republiky. Z tohoto důvodu se nabízí též využití radarových (SAR) snímků, které oblačností ovlivněny nejsou a slouží jako potenciální zdroj informací pro plánování agrotechnických zásahů a zjištění stavu a vývoje porostu.
Program Copernicus ESA nabízí také snímky z družice Sentinel 1, jako výsledek snímání v mikrovlnné části spektra (radarové SAR snímky). Nevýhodou těchto snímků je ovšem obtížná interpretace výsledných produktů pro využití v agronomické praxi. Obtížnost spočívá jak ve správné interpretaci výsledků výpočtů, tak i ve velikosti oblasti, ke které se budou výsledky vztahovat. Na rozdíl od snímků v optické části spektra se nelze orientovat čistě na hodnoty pixelu, jako základního obrazového prvku, ale kvůli „šumu“ vyplývajícímu z podstaty snímání je nutné zohlednit větší plochu pozemků, např. zóny jednotného ošetření plynoucí z map produkčního potenciálu. Na druhou stranu výhodou těchto snímků je jejich častá frekvence snímání. Při výběru družicových snímků Sentinel 1 je potřeba zohlednit danou orbitu kvůli stanoveným principům snímání a vlastnostem pořízeného snímku. Tím se výsledný výběr použitelných snímků sice zužuje, nicméně existuje záruka, že výsledné časové křivky nebudou ovlivněny fluktuací hodnot.
Vegetační index a duální polarizace
Z odborné literatury a zemědělské praxe plyne, že nejvíce využívaným indexem v mikrovlnné části spektra je tzv. radarový vegetační index (RVI). Velmi užitečné jsou ale i čistě duální polarizace VV, HH, VH a HV. Polarizace vyjadřuje uspořádání a pravidelnost elektrické a magnetické složky elektromagnetické vlny v rovině kolmé na směr šíření. Pokud vektor elektrické intenzity kmitá ve směru kolmém k zemskému povrchu, vlnění je vertikálně polarizované (V), kmitání ve směru rovnoběžném se zemským povrchem je horizontálně polarizované (H). Radar může vysílat a přijímat mikrovlnné záření o stejné či jiné polarizaci, než vysílá (HV nebo VH), s alternující polarizací (HH, HV se střídá s VV, VH) nebo signál může být plně polarizovaný (HH, VV, HV a VH).
Polarizace může být tedy buď křížová (cross-polarizace; HV, VH), nebo se může jednat o tzv. co-polarizaci (HH nebo VV). Signál z cross-polarizovaných kanálů (HV a VH) je citlivý na strukturální parametry, kde při vícenásobném odrazu je výsledná hodnota vysoká, zatímco u jediného odrazu, např. od holé půdy, je výsledná hodnota nízká. Na druhou stranu co-polarizované kanály (HH či VV) jsou citlivější na obsah vody nebo drsnost povrchu (půdy, porostu).
RVI byl primárně navržen k identifikaci vegetace pomocí HV, HH, HV a VV SAR kanálů a v tomto kontextu ukázal relativně přesné výsledky při hodnocení parametrů biomasy. Hodnota indexu se u holých půd blíží k nule a roste s produkcí biomasy, přičemž může dosáhnout hodnot blížících se nebo přesahujících hodnotu jedna. Pro duálně polarizované senzory SAR, jako je u družice Sentinel 1, byly navrženy alternativní rovnice využívající kanály VH a VV.
Jak plyne z výše uvedeného, SAR snímky v různé podobě mohou při vhodném zpracování a cíleném využití celkem spolehlivě doplnit informace o stavu porostu. Stejně jako běžně využívané indexy či samotná spektrální pásma z optické části spektra jsou schopny predikovat a celkem jasně popsat stav, strukturu a vitalitu porostu, ale informace z mikrovlnné části spektra mohou také přispět k doplnění a ucelení informací o strukturálních parametrech biomasy, obsahu vody či drsnosti povrchu.
Jak kombinovat informace
Jak využít kombinací informací z optické a mikrovlnné části spektra zastoupených snímky z družice Sentinel 1 a 2 je demonstrováno na následujícím příkladu. Byly hodnoceny čtyři pozemky s pšenicí ozimou pomocí snímků z družice Sentinel 2: spektrálního pásma B8 – blízká infračervená část spektra pro zjištění stavu buněčné struktury rostlin (1); normalizovaný diferenční vegetační index (NDVI) jako ukazatel zdravotního stavu, struktury a vitality rostlin (2); a z družice Sentinel 1: radarový vegetační index (RVI) jako ukazatel stavu porostu z hlediska nárůstu biomasy (její vlhkosti a struktury) (3); a polarizace VV a VH (4). Průměrné hodnoty proměnných byly odvozeny pro třídy mapy produkčního potenciálu (MPP) sledovaných pozemků. Na obrázku 2 jsou průměrné hodnoty těchto proměnných na čtyřech sledovaných pozemcích s pšenicí ozimou. Na obrázku 3 je pak zobrazeno pět kategorií MPP pro dané průměrné hodnoty proměnných.
Spektrální index RVI jako ukazatel struktury a obsahu vody v povrchu jasně ukazuje rozdíly mezi kategoriemi v MPP. Nejnižší hodnoty RVI korespondují s oblastí nejnižšího produkčního potenciálu. Z obrázku 3 je patrné, že hodnoty mezi kategoriemi mohou fluktuovat v závislosti na aktuálním stavu porostu v dané fenologické fázi. To je důkazem, že ačkoliv se tento index spíše doporučuje pro hodnocení větších ploch z důvodu složité interpretace a komplikací spojených se „speckle filtering“, lze jej využít i pro hodnocení menších územních celků, např. v rámci map produkčního potenciálu či kategorizace výnosu. V rámci průběhu křivek RVI (obrázek 2) lze sledovat na počátku sledovaného období (konec března) pozvolný nárůst hodnot s lokálním maximem 28. 3. 2020, který může být spojen s nízkým úhrnem srážek. Poté dochází opět k pozvolnému poklesu hodnot s lokálním minimem 3. 4. 2020. Od tohoto termínu dochází opět k pozvolnému nárůstu hodnot RVI až do termínu 15. 5. 2020 tak, jak porost rostl a zvyšoval se objem biomasy. Následně opět dochází k pozvolnému poklesu zřejmě z důvodu fenologie a změny povrchové struktury (kvetení, dozrávání). Termín 2. 6. 2020, kdy je detekováno lokální minimum hodnot, odpovídá fenologické fázi kvetení. Aplikace hnojiva ve fenologické fázi BBCH 32 (2. kolénko – 8. 4. 2020) se ukázala z hlediska RVI jako smysluplná. Po další aplikaci 29. 5. 2020 (BBCH 59 – konec metání) dochází z hlediska RVI k vyrovnání hodnot, což může být způsobeno rovnoměrným dozráváním porostu (změnou struktury, kdy na povrchu porostu není již zelené pletivo – list, ale dozrávající klas).
Celý článek Jitky Kumhálové najdete v Mechanizaci zemědělství 5/2024.*
Tento web používá soubory cookie, abychom vám mohli poskytnout tu nejlepší možnou uživatelskou zkušenost. Informace o souborech cookie se ukládají ve vašem prohlížeči a plní funkce, jako je rozpoznání vás, když se vrátíte na naši webovou stránku, a pomáhají našemu týmu pochopit, které části webu jsou pro vás nejzajímavější a nejužitečnější.
Nezbytně nutné soubory cookies
Nezbytně nutný soubor cookie by měl být vždy povolen, abychom mohli uložit vaše preference nastavení souborů cookie.
Pokud tento soubor cookie zakážete, nebudeme moci uložit vaše preference. To znamená, že při každé návštěvě těchto webových stránek budete muset soubory cookies znovu povolit nebo zakázat.
Analytické soubory cookie
Tyto soubory cookie nám umožňují počítat návštěvy a provoz, abychom měli přehled o tom, které stránky jsou nejoblíbenější a jak se na našem webu návštěvníci pohybují. Veškeré informace, které tyto soubory cookie shromažďují, jsou agregované, a tedy anonymní.
Povolte prosím nejprve nezbytně nutné soubory cookies, abychom mohli uložit vaše preference!