Spektrális információk alkalmazása a precíziós gyümölcstermesztésben

Dátum
Szerzők
Riczu, Péter
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt
A minőségi gyümölcstermesztés hazánkban nehezen megvalósítható szakszerű termesztéstechnológia hiányában. Ennek ellenére számos kertészetben a hagyományos fajtaszerkezet alkalmazása mellett, termesztéstechnológiai és piaci információhiány is megfigyelhető. Az almatermesztés versenyképességének fokozásához, az újabb precíziós kertészeti rendszerek hatékonyságának növeléséhez, valamint a víz- és energiatakarékosság biztosítása érdekében számos új információkat kell felhasználni. Az információk az ültetvényben zajló folyamatok egyre részletesebb tér- és időbeli ismeretét szolgáltatják, így biztosítanak alapadatokat a gyümölcsfák növekedésdinamikai változásainak nyomonkövetéséhez és a termesztéstechnológia optimalizálásához. Napjainkban az informatikai rendszerek gyors fejlődésével egyre tágul azon eszközök és szolgáltatások köre, amelyek eddig sebességük és/vagy áruk miatt nem voltak elérhetők. Az információs technológia, illetve információs társadalom valamennyi vívmánya folyamatosan épül be a modern termesztési rendszerekbe. Így integrálja a precíziós mezőgazdaság egységes, egymást kiegészítő rendszerbe a globális helymeghatározást, térinformatikát és távérzékelést, hozzájárulva egy modern és hatékony termesztéstechnológia kialakításához. A precíziós gazdálkodás szemszögéből vizsgált technológiai elemek fejlődése lehetővé teszik az ültetvények környezetállapotának felmérését, vegetációelemzést, biomassza változás nyomon követését, összességében valamennyi természeti folyamatot. Az újabb szenzorok egyre gyorsabb, pontosabb méréseket biztosítanak; a nagyobb terepi felbontásnak köszönhetően pedig az adatok információtartalma is megnövekszik, melyek feldolgozásához új eljárásokat szükséges bevezetni. Kutatásom általános célja intenzív almaültetvényekben – elsősorban aktív és passzív távérzékelési eszközökre alapozott – spektrális és strukturális tulajdonságok vizsgálata volt; az ültetvény jellemzőiben bekövetkező tér- és időbeli változások hatékony elkülönítése és azonosítása a teljes vegetációs időszakban. Részletes vizsgálatokat végeztem az ültetvény vízfogyasztását befolyásoló tényezők, mint a gyomborítottság alakulásának és osztályozásának értékelésére, valamint a gyümölcsös talajfelszínének nedvesség viszonyainak vizsgálatára. Kutatásaim kiterjedtek a terület mikrodomborzatának modellezésére, illetve elemzésére is. Vizsgálataim során meghatároztam a vegetációs időszakban egy intenzív alma ültetvény lombozatának tér- és időbeli spektrális változásait és ennek alapján elkészítettem a lombfejlődési folyamatot leíró spektrális matematikai összefüggést. Bizonyítottam, hogy a kidolgozott intenzív almaültetvény spektrális tereinek szegmentálási módszere alkalmas a gyümölcsfa-pusztulás korai előrejelzésére. Spektrométeres spot méréssorozat alapján meghatároztam, hogy a használt vegetációs indexek alkalmasak a világossárga (Early Gold) és világos piros (Gala Must) fedőszínű alma fajták gyümölcsérési folyamat számszerűsítésére. Kidolgoztam a lézeres pontfelhő számítás alapján az alma gyümölcsfák 3D-s térbeli modelljét, amely alkalmas a fák topológiai struktúrájának numerikus leírására és a szüret előtti gyümölcstömeg-becslésre. Továbbá különböző távérzékelési technikák segítségével elemeztem a gyomflóra tér- és időbeli változását, valamint a gyomok térszerkezeti sajátosságait. Az almaültetvény lefolyási viszonyait digitális mikrodomborzati modell alapján vizsgáltam, továbbá a terület lézer alapú felszíni nedvességviszonyainak értékelését is elvégeztem. Production of marketable horticulture products can be difficult without employing advanced and high quality horticulture practices. Beside the traditional varieties, lack of information are on cultivation technique and on the market too, in many horticultural farms. To enhance the efficiency of the novel precision horticultural systems and to prove water and energy saving on the field, numerous new information have to be used. The field acquired information serves more and more detailed spatial and a temporal knowledge, in this way it provides basic data to monitor of biomass changing, to develop cultivation technique and to enhance the competitiveness of apple production. Presently, due to the fast development of information systems, special instruments and range of various services are available. All achievements of information technology and information society are integrating continuously in to the modern production systems. Thus, precision agriculture can combines global positioning system (GPS), global information system (GIS) and remote sensing (RS) in a uniform and a complementary system, with which contribute to develop modern and effective cultivation techniques. In the point of view of precision farming, the development of different technologically elements provide the survey of environmental condition, vegetation analysis, monitoring of biomass changing, overall all natural processes in plantations. Developed sensors allow faster and more accurate measurements. Due to the higher spatial resolution, the information content of data become much higher, which require newer processing methods. Overall objective of my research was investigation of spectral and structural features of an intensive apple orchard; effective separation and identification of spatial and temporal changing in characteristics of the orchard in all growing season. The measurements were primarily carried out with active and passive remote sensing instruments. In order to evaluate some determinant factors of water consumption in the orchard, I prepared detailed examinations, such as tendency and classification of weed coverage, as well as to analyze of moisture conditions of soil surface. I have examined and evaluated the microrelief characteristics of soil. Spatial and temporal spectral changing of the investigated canopy of apple plantation were determined in the vegetation period, on this basis, polynomial coherences were created, which described the canopy development. It was proved that the elaborated segmentation method of spectral spaces of intensive apple plantation is suited for early prediction of fruit tree mortality. Used vegetation indices are appropriate to quantify fruit ripening, which is based on the series of spectral spot measurement of yellow (Early Gold) and red (Gala Must) skin colored apple species. Based on the laser point cloud, 3D model of apple trees were defined, which model is appropriate for numerically describing of the topological structure of trees and the fruit weight estimation before harvest. Different remote sensing methods were used to evaluate the spatial and temporal changing of weed flora and to analyze the spatial structure of weeds. Runoff conditions of the apple plantation were evaluated by digital terrain model. Furthermore, it was determined laser based evaluation of moisture conditions of soil surface.
Leírás
Kulcsszavak
Intenzív almaültetvény, lézerszkennelés, 3D modellezés, vegetációs aktivitás, gyomborítottság, mikrodomborzat, DEM, automatikus gépvezérlés, Intensive apple orchard, laser scanning, 3D modeling, vegetation activity, weed coverage, NDVI, micro relief, automatic tractor guidance
Forrás