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.
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 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.*
