Блог

  Блог

Хлеб из вакуума: как космос может накормить

28 ноября 16:38

Частенько встречаются вопросы: зачем летать в космос, когда в Африке дети голодают? В нем действительно был смысл когда космическая гонка вынуждала передовые государства запускать людей в космос ценой колоссальных расходов, без надежды извлечь практическую пользу из вакуума. Сейчас уже другое время, в котором космос может накормить. Точнее, повысить эффективность сельского хозяйства.

 

D1-Linhares-Brazil-

 

19 августа глава Роскосмоса и Минсельхоз подписали соглашение о "повышении эффективности использования земель сельскохозяйственного назначения, проведения государственного мониторинга земель и снижения бюджетной нагрузки за счет объединения усилий Сторон по получению, обработке и использованию информации с космических систем ДЗЗ (дистанционного зондирования Земли) и ГЛОНАСС в интересах поддержки государственной аграрной политики и обеспечения продовольственной безопасности России".

Хорошее ли дело затеяли Роскосмос с Минсельхозом? Как и про многое из того, что делается после начала реформ Роскосмоса, можно уверенно сказать "Давно пора!". Даже странно, что имея уже неплохой парк космических аппаратов дистанционного зондирования Земли и рабочий ГЛОНАСС, об их практическом применении в сельском хозяйстве задумались только сейчас. Сколько уйдет времени на реализацию целей, прописанных в соглашении – это другой вопрос.

А как вообще навигационные и оптические спутники могут помочь труженикам села?

Наблюдение за земной зеленью из космоса ведут применяя особый алгоритм обработки мультиспектральных данных, называемый «индекс вегетации» (NDVI - Normalized Difference Vegetation Index). Для этого спутники снимают поверхность не в видимом диапазоне (красный/зеленый/синий - RGB), а с захватом ближнего инфракрасного (красный/зеленый/ближний инфракрасный – RGNir или просто NIR). В результате получаются довольно эффектные и сюрреалистичные кадры.

 

Puzzle_of_Uth

 

Но сами по себе фотографии не столь ценны, как информация, полученная после применения алгоритма NDVI.

field_maps_11

 

Физический эффект, который используется для расчета индекса вегетации – это свойство хлорофилла растений лучше поглощать свет видимого диапазона и отражать инфракрасный. В инфракрасном свете трава и листва "светится" гораздо ярче чем в видимом.

 

luxfon.com_17406-1050x700
lightroom.ru

 

Анализируя разницу в яркости на снимках можно получать больше информации о зелени. Более того, поскольку инфракрасный отражается только живыми клетками с хлорофиллом, становятся заметнее любые изменения, связанные с угнетением развития растений: гниение, засуха, нехватка удобрений, вредители. То есть, то, что является очень ценной информацией для земледельца, и на что он в какой-то мере способен повлиять. При достаточно высокой калибровке и накоплении опыта, можно даже сорта растений на полях отличать.

В Европе и Америке спутниковые возможности стали основой нового направления сельскохозяйственной деятельности - precision agriculture – «умное» или «точное земледелие». Когда, фактически, спутник подсказывает время и необходимость сельскохозяйственных процедур, а программы рассчитывают интенсивность внесения удобрений, пестицидов, полива, прополки, посева и уборки. А с развитием беспилотной техники: грузовиков, тракторов и комбайнов, процесс управления фермой, всё больше приближается к игре «Ферма» чему способствуют навигационные спутники ГЛОНАСС/GPS.

В России «точное спутниковое земледелие» пока развивают только частники. Для этой цели частная космическая компания "Даурия Аэроспейс", которая занимается производством спутников, начала сотрудничество с компанией ExactFarming, которая разрабатывает систему управления фермерским хозяйством: карты, статистика, климатические данные, графики обработки полей, постановка задач и отслеживание выполнения… Важной составляющей системы является т.н. «карта неоднородностей» на основе индекса NDVI – динамики развития зеленых насаждений на полях. На такой карте можно видеть состояние посевов на разных участках поля - где больше зеленой массы, где меньше. Исходя из этих данных планировать работы на поле и прогнозировать урожай. Обновления с информацией о полях приходят раз в 8-16 дней.

 

Untitled-2

 

С точки зрения пользы в сельском хозяйстве, важную роль играет не одиночный снимок из космоса, а несколько кадров, с различным периодом, для прослеживания динамики и направления процессов. Соответственно требуется регулярная съемка одного и того же участка и чем чаще тем лучше.

К примеру, Роскосмос обещает съемку всей России раз в неделю, для сельского хозяйства – это приемлемо, хотя облачность в некоторые дни будет сокращать фактическую частоту в два-три раза. Российская группировка спутников, способных предоставлять необходимые данные, еще расширяется. Как раз "Даурия Аэроспейс" изготовила два таких аппарата по заказу Роскосмоса. Ждем теперь когда полетят.

 

MKA-N

 

Назначение пары экспериментальных спутников “МКА-Н” - съемка для сельского хозяйства и NDVI. Изначально Роскосмос просил просто фотоспутники в формате CubeSat, с довольно широким диапазоном выбора характеристик оптики, но компания в инициативном порядке выбрала такой режим, который позволяет приносить практическую пользу.

773583_original

 

Другой вопрос, что пока имеются серьезные проблемы с доступностью российских снимков. же десятки хозяйств, общей площадью почти 1 млн га (0,5% от всех по России), пользуются сервисом ExactFarming. Однако карта неоднородностей, по которой сейчас работают российские фермеры, создается без участия Роскосмоса.

Россия обладает группировкой гражданских космических аппаратов "Ресурс-П", которая позволяет осуществлять еженедельную съемку территории страны в требуемом диапазоне и с требуемым разрешением (прибор КШМСА), но российские фермеры вынуждены пользоваться съемкой американских спутников Landsat и французского Sentinel-2. Даже в Яндекс Картах не найти российских снимков, потому что их не продавали частникам!

Для нужд сельского хозяйства оптимально подходит съемка с разрешением 22 метра. Это достаточно, чтобы наблюдать за полями и достаточно, чтобы за один пролет спутника захватывать широкую полосу в сто километров. Один такой спутник способен снять всю Землю за 4 недели. На орбите их несколько. Данные Landsat и Sentinel-2 открыты и бесплатны для всего мира. Более того, программе Landsat уже более 30 лет, и доступен архив за всё это время. Так, пользователь бесплатной системы ExactFarming может узнать, как дела у него на полях в этом году, и что было в прошлом, и назад во времени до 2010 года.

 

Untitled-1

 

С американских и европейских открытых серверов снимки может скачивать любой пользователь интернета. Вокруг этой возможности выросла целая инфраструктура частных сервисов. Одни скачивают космические снимки, обрабатывают их по алгоритму NDVI и по API раздают конечную информацию с результатами этой обработки. Другие строят вокруг этой информации решения для конечных пользователей. Частные спутники международной серии DMC делают свою съемку и ею можно дополнять бесплатные данные с американских и французских аппаратов. В результате, в ExactFarming, например, фермеру выдается не набор снимков, а готовая карта неоднородностей конкретного поля с хронологической шкалой.

21 сентября Роскосмос объявил о создании системы ЕТРИС, с которой он собирается выйти на мировой рынок спутниковых данных. Судя по официальному сообщению, в рамках ЕТРИС создан генеральный каталог хранимых данных космической съемки, объединивший все существующие российские архивы космической съемки. Однако по-прежнему непонятно, кому и на каких условиях будет предоставляться доступ к этому каталогу.

Для повышения эффективности спутниковой съемки, Роскосмосу стоило бы поступить по примеру Европейского космического агентства и NASA – открыть для всех данные, интересные для сельского хозяйства. И не ограничиваться только Россией, а снимать весь мир. Десяток тех же "МКА-Н" мог бы это делать каждую неделю. А дальше частный интерес и стремление фермеров к росту урожайности сделали бы все лучше любых официальных соглашений "о повышении эффективности". Так наши спутники поработали бы во благо всего Человечества, и голодных детей Африки в том числе!


Вернуться к списку статей

Наши направления

мы в социальных сетях

         

 

info@dauria.ru
+7 (495) 280-07-26

Адрес: Кожевническая ул., 10, 7 этаж
Москва, Россия, 115114

© 2018 Dauria Aerospace
VK7447