LiDAR (Light Detection And Ranging, také LADAR) je metoda dálkového měření vzdálenosti na základě výpočtu doby šíření pulsu laserového paprsku odraženého od snímaného objektu. Obvykle se využívá spektra 1064–1540 nm, pro batymetrická měření asi 530 nm. LiDAR lze použít pro měření vzdálenosti, mapování terénu, měření vlastností atmosférických jevů aj. Výsledkem mapování je mračno bodů, které se po zpracování může interpolovat do podoby digitálního modelu povrchu či 3D modelů budov a jiných objektů. Po aplikaci filtrů je možné z mračna bodů získat digitální model terénu.
Zařízení LiDAR se pro svůj technologický vývoj, vylepšení a cenovou dostupnost začínají objevovat v zemědělském výzkumu a zemědělských aplikacích.
Zařízení LiDAR pro měření výšky porostu umístěné na čtyřkolce (vlevo - Zdroj - Instituto de Ciencias Agrarias, CSIC, Madrid, Spain, vpravo měřící platforma vyvinutá na VUZT, v.v.i.)
Hlavním cílem zemědělského aplikovaného výzkumu je implementace nových pěstebních postupů a efektivnějších metod pěstování plodin, pomocí kterých lze též dosáhnout kvalitnější produkce. Mezi tyto nové přístupy a metody pěstování lze zařadit setí více odrůd plodiny v rámci jednoho honu podle konkrétních klimatických a půdních podmínek, cílená aplikace hnojiv v podobě přihnojování pod secí lůžko nebo variabilní přihnojování na list. Neméně důležité je šlechtění nových odrůd přizpůsobujících se měnícímu se klimatu.
Hodnocení přínosů těchto nových přístupů a metod pěstování je časově a finančně velmi náročné. Mezi základní hodnotící parametry, které lze aplikovat na výše uvedené nové přístupy lze zařadit měření výšky porostu. Jedním z nových nástrojů spadajících do této oblasti hodnocení je použití laserových snímačů. Tyto snímače se již úspěšně používají k dálkovému průzkumu země (Li et al., 2015).
Studie ukazují, že pozemní laserové skenování pomocí liDARu je vhodnou metodou pro zachycení malých objektů, jako jsou polní plodiny, a to s dostatečnou přesností. Studie prokazují, že laserovým snímačem lze s dostatečnou přesností stanovit velikost plodin jako je rýže, pšenice či kukuřice(Tilly et al., 2013), (Yuan et al., 2018). V rámci možnosti rychlého nasnímání velké plochy pomocí pozemního lidaru s minimálními nároky na obsluhu bez požadavku na klimatické (světelné) podmínky lze velmi efektivně vytvářet 3D povrch a měřit výšku. Informace získané laserovým snímačem jsou využitelné též při plánování pracovních operací, jako je variabilní zavlažování nebo variabilní přihnojování. Další možnou aplikací je predikce výnosů před sklizní, či doložení ztrát vzniklých extrémními klimatickými podmínkami (Andújar et al., 2016).
Fenotypová charakterizace genotypů plodin je zásadní, ale náročný aspekt pěstování plodin a zemědělského výzkumu. Technologie digitálního snímání se rychle vyvíjejí a urychlují výsledky šlechtění plodin. Nicméně, běžně dostupné senzory nejsou plně použitelné a vhodné pro zemědělský výzkum kvůli rozmanitosti druhů plodin a specifickým potřebám při šlechtění rostlin. Přizpůsobené snímací systémy se specializovanými senzory hardware a softwarová architektura mohou poskytovat výkonné a levné řešení (Zhou et al., 2020).
Na základě různých řešení snímacích zařízení a metodiky měření byly na toto téma vypracovány různé studie. Studie týkající se přesností laserových senzorů se zbývaly i vlivem hustoty získaných bodů na přesnost měření. Výsledky měření výšky plodiny ukazují, že přesnost predikce výšky plodin se měnila s hustotou pole bodů. Když byla hustota naměřených bodů nižší než 1 bod/m2, byla přesnost měření výrazně nižší. Nicméně, pokud byla hustota bodů větší nebo rovna 1 bodu/m2, neměla hustota bodů dále vliv na přesnost měření (Zhou et al., 2020).
Při hodnocení přesnosti měření výšky porostu pozemním laserovým senzorem má vliv i výška porostu. Bylo zjištěno, že ideální rozsah výšky je 0,42–0,9 m. Nejnižší výška přesně detekovaná pomocí pozemního lidaru byla 0,18 m (Guo et al., 2019).
Měření laserovými senzory se provádí jak ze země, tak i dálkově ze vzduchu pomocí dronů. Na rozdíl od optických senzorů, není LiDAR omezen okolními podmínkami prostředí, má silnější penetrační schopnost, může snadněji získat informace o vertikální struktuře vegetace, může přesněji určit výšku a polehnutí plodiny. U hodnocení přínosů půdoochranných technologií lze za určitých podmínek porost odfiltrovat a je možné získat 3D povrch pozemku. Nicméně kvůli vysokým nákladům a krátké době letu UAV-LiDARu, je v současné době použitelný spíše pro sledování menších ploch (Zhou et al., 2020).
Jako alternativa se k dálkovému průzkumu země LiDARem nabízí pozemní využití, které se jeví jako užitečný nástroj pro odhad výšky růstu a výnosu zrna. Podle několika studií byl růst obilnin snadno měřitelný pomocí laserového skeneru. Naměřené výsledky úzce korelovaly s kontrolním ručním měřením výšky porostu. Pozemní laserový senzor by mohl být použit jako přesný zemědělský nástroj v zemědělství. I když se toto zařízení v aplikacích pro zemědělství nezdá být tak relevantní z důvodů vysokých pořizovacích nákladů, stojí za to tento obor více studovat, protože budoucí vývoj může tyto technologie rychle přiblížit praxi (Lumme et al., 2008).
Celý článek Radka Pražana a jeho kolegů z VÚZT najdete v Mechanizaci zemědělství 11/2022.*
