Тема на договора:

ТЕСТВАНЕ НА ВЕГЕТАЦИОННИ ИНДЕКСИ ОТ SENTINEL-2 ЗА ОЦЕНКА НА СЪСТОЯНИЕТО НА ЗИМНИ КУЛТУРИ В БЪЛГАРИЯ (TS2AgroBg)

Ръководител: доц. д-р Петър Димитров

Координатор: проф. д-р Георги Желев

Проектът TS2AgroBG се осъществява от Института за космически изследвания и технологии съвместно с Института по почвознание, агротехнологии и защита на растенията (ИПАЗР) „Никола Пушкаров” и Фламандския институт за технологични изследвания (VITO), Белгия. Екипът е мотивиран от желанието да се демонстрират някои от ползите за земеделския сектор в България от приложението на технологиите за дистанционно наблюдение на Земята. Докато заснемането от самолетни платформи намира приложение от десетилетие, главно с цел да подпомогне идентифицирането на земеделските парцели, то възможностите, предлагани от спътниковите изображения за оценка на състоянието на земеделските култури и тяхното картографиране все още не се използват оптимално в България. Иновативната спътникова мисия на Европейската космическа агенция „Sentinel-2“, разработена за програмата „Коперник” на Европейския съюз, значително разширява възможностите чрез предоставяне на безплатни изображения с висока пространствена разделителна способност (ПРС), подходящи за мониторинг на състоянието на посевите на ниво земеделски парцел. Спътниковата мисия „PROBA-V“ на ЕКА за наблюдение на Земята е друг ценен инструмент даващ изображения със средна ПРС и голяма честота на получаване на данни, което позволява картографиране и анализи на базата на времеви серии от изображения. В този контекст напълно основателно възниква необходимостта да се популяризират възможностите на тези съвременни технологии сред управляващите институции и други заинтересовани страни в земеделския сектор в България. Проектът ще подпомогне разработването на услуги, които да се прилагат на този нов за България пазар.

Ефективното управление на земеделския сектор изисква навременна информация за разпространението и площите, заети от различни култури, както и за тяхното текущо състояние и очакван добив. Спътниковите изображения от „Sentinel-2” и „PROBA-V” несъмнено са от огромна полза за получаването на такава информация. В рамките на проекта информация от тези два спътника ще бъде използвана, за да се генерират продукти със земеделско приложение включително: растерни слоеве с биофизични/биохимични параметри на посеви от зимна пшеница и оценъчни карти за тяхното състояние, слоеве-маски на обработваемите земи и карти на разпространението на земеделските култури в страната за двата вегетационни сезона, обхванати от проекта – 2016/2017 г. и 2017/2018 г.

В допълнение към обичайно използвани параметри като: индекс на листната повърхност (Leaf Area Index – LAI), дял на погълнатата фотосинтетично-активна радиация (fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation – fAPAR) и хлорофилно съдържание (Canopy Chlorophyll Content – CCC), ще изследват възможностите за изчисляване на общото азотно съдържание в растенията, свежата и сухата биомаса (AGB_f и AGB_d) и проективното покритие (fCover) по данни от спътника „Sentinel-2”. Вегетационни индекси, изчислени по данни от „Sentinel-2”, ще бъдат използвани за разработване на емпирични регресионни модели за изчисляване на посочените биофизични/биохимични параметри и представяне на техните пространствени вариации във вид на растерни слоеве. Тъй като това е пилотно изследване, то ще се концентрира върху основната зърнено-житна култура отглеждана в страната – зимната пшеница. Специално организирани полеви наблюдения и измервания ще бъдат проведени в тестови полета, засети със зимна пшеница, за да се събере цялостна база от данни за тяхното реално състояние, която да послужи при калибрирането и валидирането на регресионните модели и оценъчните карти за състоянието на посева. Събраните данни ще включват: фенологично и фитосанитарно състояние, общо азотно съдържание, общо (a+b) хлорофилно съдържание, LAI, fAPAR, AGBf, AGBd,  fCover на посеви от зимна пшеница и влагозапасеност на почвата. Екипът от ИПАЗР „Никола Пушкаров” ще извърши експертна дейност по време на полевата работа, лабораторните анализи на събраните растителни и почвени проби, оценките на състоянието на посевите и прогнозите на добивите от тях.

На основата на получените растерни слоеве за различни параметри и предварително формулирани количествени критерии ще бъдат изготвени оценъчни карти на състоянието на посевите от зимна пшеница в тестовите полета.

По отношение на генерирането на слоеве-маски на обработваемите земи по данни от „Sentinel-2” се предвижда този процес да се автоматизира с помощта на софтуерния продукт SPIRITS – предишна разработка на белгийския партньор по проекта – компанията VITO. За целта SPIRITS ще бъде доусъвършенстван, така че да позволява работа с формата на данни Sentinel SAFE. Тази задача ще бъде изпълнена от екипа на VITO. Тези слоеве представляват бинарни маски, разграничаващи обработваемата земя от всички останали типове земеползване. 

Освен това, ще бъдат съставени карти на разпространението на земеделските култури в страната чрез суб-пикселна класификация на времева серия от изображения от PROBA-V 100 m. Класификации на изображения от „Sentinel-2” в два тестови/верификационни района – „Златия” и „Белозем” ще се използват, за да се калибрира класификацията на национално ниво. Предвижда се да се извърши и полева проверка на избрани земеделски парцели.

Накрая, но не и по важност, ще бъде проучена възможността за подобряване на прогнозите на добивите на зимна пшеница получавани с широко използвания модел за прогнозиране на растежа, развитието и продуктивността на селскостопанските култури WOFOST чрез използване на данни от „Sentinel-2” (производни биофизични/биохимични параметри).

Основните цели на проекта са:

1. Провеждане на серия от полеви измервания в избрани тестови полета и съставяне на база данни от измерените биофизични/биохимични параметрии квазисинхронни спътникови изображения.
2. Калибриране и валидиране на регресионни модели за оценка на различни биофизични/биохимични параметри на пшеницата използвайки спътникови вегетационни индекси (Sentinel-2);Изработване на методика за съставяне на оценъчни карти.
3. Разширяване на възможностите на софтуерния продуктSPIRITS за работа с данни от спътника „Sentinel-2” и създаване на маски на обработваемите земи в тестовите райони.
4. Създаване на карти на земеделските култури на национално ниво чрез суб-пикселна класификация на времеви серии от изображения от спътника PROBA-V.
5. Оценка на възможността за подобряване на прогнозите на добивите, получавани с моделаWOFOST чрез използване на данни от „Sentinel-2” (производни биофизични/биохимични параметри).

Партньори:

• Институт за космически изследвания и технологии – Българска академия на науките – водеща организация
• Институт по почвознание, агротехнологии и защита на растенията „Никола Пушкаров”
• Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek NV (VITO)

Проектът е финансиран от Правителството на Република България по договор (4000117474/16/NL/NDe) с Европейската космическа агенция в рамките на Плана за европейските коопериращи държави (PECS).

Мненията изразени в тази публикация по никакъв начин не отразяват официалната позиция на Европейската космическа агенция.