Klorofülliandurid ja spektraalindeksid, näiteks NDVI, on taimetervise jälgimist ja tõhusat põllukultuuride majandamist revolutsiooniliselt muutnud. Sellised seadmed nagu AS7265x ja TCS34725 andurid ei ole enam ainult laborites kasutatavad, vaid neist on saanud digitaalse põllumajanduse ja keskkonnauuringute olulised tööriistad. Nende toimimise, kasutusotstarbe ja taimestiku indeksi analüüsiga sobitumise mõistmine on eeliseks põllumeestele, tehnikutele ja kõigile, kes on huvitatud põllumajandusliku tootlikkuse ja keskkonnasäästlikkuse maksimeerimisest.
Selles artiklis saate üksikasjalikult teada kõik AS7265x ja TCS34725 NDVI andurite olulised ja täiustatud aspektid, nende integreerimise peamiste vegetatiivsete indeksitega ning selle, kuidas neid kasutatakse põllukultuuride tervise jälgimiseks, ressursside kasutamise optimeerimiseks ja oluliste teadmiste saamiseks täppispõllumajanduses otsuste langetamiseks. Alates nende andurite sisemisest tehnoloogiast kuni praktilise rakenduseni välitingimustes, sealhulgas peamiste spektraalindeksite tõlgendamiseni ja tänapäevaste seireplatvormide pakutavate võimaluste uurimiseni, leiate siit kogu ajakohase ja asjakohase teabe, mis on kirjutatud harival ja põhjalikul viisil.
Mis on NDVI ja milleks seda põllumajanduses kasutatakse?
NDVI (normaliseeritud taimestiku erinevuse indeks) on üks sümboolsemaid ja laialdasemalt kasutatavaid parameetreid põllumajanduslikus ja keskkonnaalases kaugseires. See põhineb taimestiku peegelduva valguse püüdmisel ja analüüsimisel erinevatel lainepikkustel, eriti lähiinfrapuna (NIR) ja nähtava punase (RED) piirkonnas.
Matemaatiliselt arvutatakse NDVI järgmiselt:
NDVI = (lähi-infrapuna – punane) / (lähi-infrapuna + punane)
See indeks eristab selgelt terve, stressis või taimestikuta alasid, kuna jõulised taimed peegeldavad rohkem lähiinfrapunakiirgust ja vähem nähtavat punast. Tulemuseks on väärtus, mis varieerub vahemikus -1 kuni +1. 1-le lähedased väärtused näitavad tihedat ja tervet taimestikku, samas kui madalad või negatiivsed väärtused vastavad aladele, kus on paljas pinnas, vesi, lumi või taimestik puudub.
Miks see põllumajanduses nii oluline on? Kuna NDVI mõõdab fotosünteetiliselt aktiivset biomassi, See on äärmiselt kasulik põllukultuuride arengu ja tervise jälgimiseks kogu põllumajandushooaja jooksul.See võimaldab varakult avastada veestressi, haigusi, toitainevaegust või kahjurite kahjustusi, hõlbustades tõhusamat ja õigeaegsemat sekkumist.
Spektraalsed indeksid: NDVI-st palju kaugemal
NDVI on vaid algus pikast nimekirjast spektraalindeksitest, mida kasutatakse põllumajanduslikus kaugseires. Elektromagnetilise spektri eri sagedusribade kombineerimise abil annavad need indeksid spetsiifilist teavet taimestiku agronoomiliste, füsioloogiliste ja biokeemiliste parameetrite kohta. Kõige tähelepanuväärsemate hulgas on:
- GNDVI (rohelise normaliseeritud erinevuse taimestiku indeks): See asendab punase riba nähtava rohelise ribaga, et suurendada tundlikkust klorofülli sisalduse muutuste suhtes, mis on kasulik lehtede lämmastikutaseme ja saagi vananemise mõõtmiseks.
- NDRE (normaliseeritud erinevuse punase serva indeks): See kasutab punast äärisriba, mis on küpsete põllukultuuride klorofülli sisalduse ja füsioloogilise seisundi suhtes väga tundlik.
- MSAVI (muudetud mulla järgi korrigeeritud taimestiku indeks): Leevendab palja mulla mõju, pakkudes täpseid näitu algstaadiumis või madala taimkatte korral.
- ReCl (punase serva klorofülli indeks): Spetsiaalselt loodud klorofülli sisalduse kajastamiseks ja lämmastikupuuduse või lehtede kolletumise probleemide tuvastamiseks.
- SAVI/OSAVI (mulla järgi korrigeeritud taimestiku indeksid): Need võtavad kasutusele parandustegurid, mis kompenseerivad mulla kõikumiste tekitatud müra, parandades seeläbi töökindlust madala taimestikutihedusega piirkondades.
- VARI, LAI, NBR, SIPI, GCI, NDSI, NDWI… Nimekiri on ulatuslik ja igaüks neist käsitleb spetsiifilisi aspekte, nagu niiskus, lehtede tihedus, tulekahju avastamine, füsioloogiline stress, lume või vee olemasolu jne.
Sobivate indeksite õige tõlgendamine ja valik võimaldab täppispõllumajanduse kriitiliste muutujate täpset jälgimist., hõlbustades kõike alates optimaalsest sisendkogusest kuni saagikuse ennustamiseni.
Klorofülli sensorid ja nende roll NDVI ja sellega seotud indeksite mõõtmisel
Klorofülli andurid on optilised seadmed, mis on loodud taimede peegelduva või kiiratava kiirguse jäädvustamiseks ja analüüsimiseks nähtava ja lähiinfrapunaspektri erinevates sagedusribades. Selle peamine ülesanne on mõõta klorofülli, fotosünteesi võtmepigmendi, sisaldust ja anda kvantitatiivseid andmeid selliste indeksite nagu NDVI, GNDVI, ReCl arvutamiseks.
Neid andureid saab paigaldada maapealsetele platvormidele, droonidele, traktoritele, ilmajaamadele või isegi satelliitidele, võimaldades reaalajas jälgimist ja Objektiivsetel andmetel põhinev kohalik põllukultuuride majandamine.
AS7265x andur: täiustatud spektroskoopia põllumajanduslikeks rakendusteks
AS7265x andur on järgmise põlvkonna mitmekanaliline spektromeeter, mis on revolutsiooniline taimestiku kvaliteedi ja koostise mõõtmise viis. Tänu võimele analüüsida kuni 18 erinevat spektririba (nähtavast kuni lähiinfrapunani) pakub see traditsiooniliste andurite ees tohutut eelist.
Selle põhifunktsioonide hulka kuuluvad:
- Kõrge spektraalne lahutusvõime: See võimaldab taimede peegeldava signatuuri palju täpsemat iseloomustamist.
- Klorofülli ja teiste pigmentide otsene mõõtmine: Ideaalne toitumisseisundi, fotosünteesi aktiivsuse ja füsioloogilise stressitaseme määramiseks.
- Kaasaskantavus ja lihtne integreerimine: Selle väike suurus ja I2C-kommunikatsioon muudavad selle hõlpsaks paigaldamiseks kaasaskantavatele seadmetele, droonidele ja põllumajandusmasinatele.
- Laiendatud rakendused: Alates standardsete indeksite (nt NDVI või GNDVI) arvutamisest kuni konkreetsete haiguste ja kahjustuste tuvastamiseni täiustatud spektraalanalüüsi abil.
Seda tüüpi andureid kasutatakse nii teadusuuringutes kui ka professionaalses põllumajanduses., pakkudes reaalajas andmeid, mis aitavad teha otsuseid niisutamise, väetamise, koristamise ja kahjuritõrje kohta.
TCS34725 andur: täpne värvituvastus ja taimestiku rakendused
TCS34725 on optiline andur, mis on spetsialiseerunud RGB (punase, rohelise ja sinise) värvide ja ümbritseva valguse tuvastamisele ning millel on integreeritud IR-blokeeriv filter, mis parandab mõõtmistäpsust. Kuigi selle kõige levinum kasutusala on sellised rakendused nagu LED-valgustuse reguleerimine ja värvianalüüs tööstuses ja tarbeelektroonikas, muudavad selle tundlikkus ja täpsus selle sobivaks ka teatud eesmärkidel põllumajanduses ja keskkonnauuringutes.
TCS34725 peamised tehnilised omadused:
- Integreeritud IR-blokeeriv filter: Kõrvaldab infrapunavalguse interferentsi, suurendades värvitruudust ja nähtava spektri lugemise täpsust.
- I2C side: Võimaldab hõlpsat integreerimist mikrokontrollerite ja digitaalsüsteemidega.
- Lai dünaamiline ulatus: Suudab tuvastada minimaalseid valguse intensiivsuse muutusi, mis annab sellele suure mitmekülgsuse erinevates keskkonnatingimustes.
- 16-bitine eraldusvõime: Hõlbustab värvi intensiivsuse ja koostise detailset mõõtmist.
- Tõhus tarbimine ja kompaktne suurus: Ideaalne nii eraldiseisvatele kui ka akutoitel töötavatele seadmetele.
- Sisseehitatud valge LED-valgustus: Tagab ühtlase valgustuse isegi ümbritseva valguse varieeruvuse korral.
Õige kasutamise ja näitude kalibreerimise korral aitab TCS34725 tuvastada lehtede peegelduvuse muutusi, teha järeldusi taimede tervise kohta ja toetada lihtsate indeksite arvutamist. (eriti kui on vaja jäädvustada teavet nähtavas spektris või töötada välja kulutõhusaid ja paindlikke lahendusi).
Optiliste taimestikuandurite põhitöö ja nende integreerimine digitaalsetesse platvormidesse
Optilised taimestikuandurid, olgu need siis mitmeribalisel spektroskoopial (nt AS7265x) või värvidetektsioonil (nt TCS34725) põhinevad, töötavad fotodioodide massiivide abil, mis muudavad langeva kiirguse elektrilisteks signaalideks. Need signaalid digitaliseeritakse ADC-muundurite abil ja töödeldakse mikrokontrollerite abil, võimaldades saada peegeldusväärtusi, mis toidavad erinevate taimestikuindeksite arvutamist.
Standardsete liideste (nt I2C) kaudu toimuv suhtlus muudab integreerimise paljude seadmetega (ilmajaamadest droonide ja nutitelefonideni) lihtsaks, võimaldades taimestiku seisundi kohta andmete massiline ja automatiseeritud kogumine.
Taimestikuindeksite eelised ja praktiline kasutamine digitaalses põllumajanduses
NDVI andurite ja muude taimkatteindeksite rakendamine digitaalsetes lahendustes on põllumajandussektori jaoks olnud kvalitatiivne hüpe. Peamiste eeliste hulgas on järgmised:
- Tegevuskulude vähendamine: Need võimaldavad jälgida suuri pindu madalate kuludega ja palju sagedamini kui traditsiooniline füüsiline kontroll.
- Probleemide varajane avastamine ja ravi: Spektraalsed indeksid võimaldavad meil tuvastada stressi, haiguse või defitsiidi piirkondi enne, kui need on palja silmaga nähtavad.
- Sisendi optimeerimine: Need hõlbustavad väetiste, vee või fütosanitaartoodete lokaliseeritud kasutamist, parandades kasumlikkust ja vähendades keskkonnamõju.
- Saagitsükli jälgimine: Hinnake kasvu, tuvastage anomaaliaid kriitilistes etappides ja planeerige saaki optimaalsel ajal.
- Täiustatud otsuste tegemine: Täpsed reaalajas andmed toetavad teadlikumaid otsuseid, mis on kohandatud iga valdkonna varieeruvusele.
- Integratsioon digitaalse põllumajanduse platvormidega: API-de ja andmehaldussüsteemide tugi võimaldab taimkatte indeksite, ilmastikuandmete, mullasensorite ja muude allikate kombineeritud analüüsi, luues täiustatud ennustusmudeleid.
Erinevate taimestikuindeksite tõlgendamine ja millal neid kasutada
Kõik vegetatsiooniindeksid ei reageeri erinevatele põllukultuuride tingimustele võrdselt. Oluline on valida sobiv indeks, mis põhineb fenoloogilisel staadiumil, põllukultuuri tüübil ja analüüsi eesmärgil:
- NDVI: Sobib üldiseks jälgimiseks aktiivse kasvu ajal. Ei ole soovitatav varajases staadiumis ega pärast saagikoristust, kui taimkate on vähene.
- ReCl ja GNDVI: Väga kasulik kiire arengufaasi ajal, kui klorofülli ja lämmastiku sisaldus on tulemuslikkuse seisukohalt üliolulised.
- MÄRKUS: Sobib edasijõudnud staadiumis või suure lehtede tihedusega põllukultuuridele, samuti küpsuse kontrollimiseks.
- MSAVI ja SAVI: Neid kasutatakse eriti algstaadiumis või madala taimkattega muldades, kuna need minimeerivad taustamüra.
- NDWI: Niiskuse, üleujutuste või niisutusalade tuvastamiseks on see kasulik piirkondades, kus niisutussüsteemide all on põllukultuurid.
- NBR ja SIPI: NBR võimaldab tuvastada tulekahjust mõjutatud alasid; SIPI aitab tuvastada füsioloogilist stressi ja lehtede haigusi.
TCS34725 ja AS7265x andurite rakendused põllumajandus- ja keskkonnasüsteemides
TCS34725 sobib suurepäraselt rakendustesse, kus on oluline teave värvi ja ümbritseva valguse kohta. Näiteks saab seda kasutada järgmiselt:
- Visuaalne kvaliteedikontroll põllumajandus- ja toiduainetetööstuses.
- Lehtede, viljade või õite värvuse valideerimine taimses materjalis.
- Keskkonnaparameetrite kaudne jälgimine peegeldunud valguse kaudu.
Omalt poolt AS7265x andur ja sarnaseid seadmeid kasutatakse järgmistes valdkondades:
- Veestressi, toitainete puuduse ja fotosünteesi aktiivsuse uuringud peegelduse otsese mõõtmise teel mitmes ribas.
- Saagikuse ja kvaliteedi ennustusmudelite väljatöötamine.
- Sordi iseloomustus ja algavate haiguste avastamine tänu võimele eristada taimes esinevaid spetsiifilisi pigmente ja biokeemilisi ühendeid.
- Integreerimine autonoomsetesse süsteemidesse (droonid, robotid, välijaamad) ulatuslikuks jälgimiseks ja reaalajas analüüsiks.
TCS34725 tehnilised eelised ja võrdlus teiste anduritega
Analüüsides TCS34725 eelised teiste värvi- ja ümbritseva valguse andurite ees, paistavad silma mitu aspekti:
- Integreeritud IR filter: Parandab lugemistäpsust keskkondades, kus on tugev valgusinterferents.
- Kõrge eraldusvõime ja võimenduse kontroll: Võimaldab teil tundlikkust vastavalt iga rakenduse vajadustele reguleerida.
- madal energiatarveIdeaalne kaasaskantavate või eraldiseisvate süsteemide jaoks.
- Ühilduvus standardtehnoloogiategaSelle I2C-liides ja olemasolev dokumentatsioon muudavad selle hõlpsaks integreerimiseks elektroonilistesse süsteemidesse ja arendusplatvormidesse nagu Raspberry Pi, Arduino ja sarnased.
Kui on vaja mõõta kiirgust väljaspool nähtavat spektrit (näiteks lähiinfrapunakiirgust või NDVI jaoks spetsiifilisi sagedusribasid), kasutatakse mitme sagedusribaga optilisi andureid, näiteks droonid metsatulekahjude ennetamiseks, mis võimaldavad teil otse töötada kanalitega, mida on vaja täiustatud spektraalindeksite jaoks.
Kuidas andurite andmeid tõlgendada ja põllumajanduses rakendada?
Nende andurite potentsiaali rakendamiseks on oluline kogutud andmete õige tõlgendamine:
- Madalad NDVI väärtused (< 0,2)Paljas muld, vesi või hõre taimestik.
- Vahepealsed väärtused (0,2–0,5)Taimestik arenemisjärgus, võimaliku mõõduka stressiga.
- Kõrged väärtused (> 0,5)Tihe ja terve taimestik, maksimaalne fotosünteetiline aktiivsus.
Praktikas, Kaasaegsed digitaalsed platvormid võimaldavad vaadata NDVI indekskaarte ja muid parameetreid georefereeritud viisil., hõlbustades probleemsete piirkondade kindlakstegemist valikulise sekkumise ja põllukultuuride ajaloolise seire jaoks.
Digitaalsete platvormide integreerimine ja eelised taimestiku indeksi analüüsiga
Selliste platvormide nagu EOSDA saagi jälgimise ja sarnaste platvormide esiletõus on demokratiseerinud juurdepääsu põllumajanduslikule kaugseirele:
- Nad pakuvad tsentraliseeritud juurdepääsu mitmele indeksile (NDVI, GNDVI, NDRE, MSAVI jne). ja meteoroloogilised andmed, mulla niiskus ja muud olulised sisendid.
- Need võimaldavad integreerida kaugandurite, välijaamade ja satelliitide kogutud andmeid..
- Nad pakuvad arendajatele API-sid ja kohandatavaid lahendusi mida saab kohandada iga talu või projekti erivajadustega.
- Need parandavad kasutajakogemust ja otsuste tegemise kiirust kuvades teavet intuitiivsel ja georeferentsiaalsel viisil.
