Úvod do aplikace satelitních dat
Snímkování zemského povrchu pomocí satelitů není žádnou novinkou. Aktuálně existují tři programy snímající povrch Země, které jsou využitelné pro zemědělské účely: Landsat 1-7, SPOT a Sentinel 2.
Sentinel 2
Družice evropského programu Copernicus - Sentinel 2 jsou určeny především pro monitoring krajinného pokryvu a jeho změn. Na své palubě nesou multispektrální senzor MSI, který navazuje především na odkaz misí Landsat a SPOT. Tento senzor je prvním svého druhu, který zahrnuje tři pásma v červeném okraji viditelného spektra, jeho data jsou tak svými parametry ideální pro monitorování vegetace se zaměřením na klasifikaci lesních porostů, mapování obsahu chlorofylu v listech, sledování zdravotního stavu vegetace, tvorbu vegetačních indexů nebo zjišťování vodního stresu.
Obr. 1: Družice Sentinel 2 nad Evropou. Zdroj: ESA/ATG medialab
Výhoda Sentinelu oproti Landsatu a SPOTu spočívá v zaměření na zemědělství, snímá více různorodých pásem a širší spektrum v červeném záření. Dříve bylo možné získat cca 3 dobré snímky za sezónu, nyní máme k dispozici snímky každé 3-4 dny.
Díky vysokému prostorovému rozlišení snímků je smysluplným minimem pro použití družicových dat parcela o rozloze již od 0,5 ha.
Obr. 2: Výřez prvního snímku pořízeného družicí Sentinel-2A dne 27. června 2015 zobrazuje severozápadní část ostrova Sardinie. Vegetace tu je v různých odstínech červené a v tomto případě jasnější červená znamená zdravější vegetaci s vyšším obsahem chlorofylu. Zdroj: Copernicus data (2015)/ESA
Indexy, které se ze Sentinelu 2 vypočítávají:
Všechny výpočty jsou možné díky snímání odrazivosti slunečního záření. Sentinel 2 využívá tedy 13 pásem od viditelného (RED) po středně infračervené (NIR) spektrum. Základním předpokladem je, že zdravější rostlina má v sobě více chlorofylu, tedy je více v NIR než v RED spektru. Pokud tedy bude rostlina zdravá, bude převládat NIR, pokud se s ní něco bude dít (stres nebo úplné odumření), začne převládat RED spektrum a NIR znatelně klesá.
Obr. 3: Odraz slunečního záření od vegetace
NDVI = Normalized Difference Vegetation Index je výpočet čistě mezi NIR a RED. Jeho nevýhoda je závislost na denní době, kdy byl snímek pořízen, tedy snímek pořízený v ráno a odpoledne může vykazovat změny, i když ve vegetaci ke změně nedošlo. NDVI byl původně vyvinut pro rozpoznání, kde je a kde není vegetace, tedy ne k hodnocení jejího stavu.
EVI = Enhanced Vegatation Index - výpočet NIR a RED je doplněn o další vlnové délky, a tak jen opravuje nepřesnosti NDVI, není tedy závislý na denní době pořízení snímku.
LAI = Leaf Area Index, index listové plochy nadzemní biomasy, hustota porostu.
Kam směřujeme - spolupráce s GISATem
Společnost Gisat se zaměřuje na dálkový průzkum země a to počínaje distribucí družicových dat a geoinformačních programů, přes digitální zpracování družicových či leteckých snímků až po tvorbu geoinformačních systémů.
Dva roky probíhalo měření a analýza dat v terénu s přístroji pro měření chlorofylu, obsahu vody v rostlině a listové plochy (LAI). Měření probíhalo po celé ČR vždy na stejných pozemcích v momentě, kdy nad námi byl Sentinel, aby mohli měření porovnávat vůči snímkům. Měření probíhalo pro tyto plodiny: pšenice ozimá, ječmen jarní, řepka ozimá, vojtěška, cukrovka a kukuřice (dohromady cca 85% orné půdy v ČR).
Obr. 4: Růstový potenciál parcely
Díky sběru dat a porovnání vůči Sentinelu vznikla databáze, která umožňuje jakýkoliv budoucí snímek vztáhnout k naměřeným datům a tak určit přesnou hodnotu stejně jako bychom byli v terénu. To nám např. umožní dojít k přesnějším výsledkům u variabilního hnojení než přes využití indexu EVI.
Ve spolupráci s Gisatem nabízíme služby:
historickou variabilitu pozemku (zapojenost porostu dle plodin),
monitoring biofyzikálních parametrů (obsah chlorofylu, vody, index listové plochy),