Научный взгляд: для чего проводить картирование рисовых плантаций с помощью спутника

Ученые из Уханьского университета разработали инновационный метод, который позволяет связать передовые спутниковые данные со стадиями роста риса, для повышения точности картографирования риса падди (неочищенного риса).

Рис является основной зерновой культурой во многих странах и составляет значительную часть мирового продовольственного снабжения.

Точное картографирование риса падди необходимо для координации сельскохозяйственного производства, обеспечения продовольственной безопасности и управления процессом выращивания. Регионы в тропиках и субтропиках, такие как Гуандун, Китай, являются основными производителями риса. Однако картирование рисовых полей в этих районах остается сложной задачей.

Существуют две основные трудности в картировании тропических и субтропических рисовых полей: отсутствие высококачественных оптических изображений и различия в сроках посадки риса.

В тропических и субтропических регионах часто наблюдается облачность, которая заслоняет информацию о поверхности земли на спутниковых снимках. Кроме того, из-за различных климатических условий сроки посева риса отличаются, что затрудняет составление точных карт.

Новый метод картографирования с использованием фенологического соответствия предполагает согласование стадий роста растений риса с данными со спутников Sentinel-1 и Sentinel-2.

Используя способность Sentinel-1 проникать сквозь облачный покров, исследователи определили периоды роста риса, или фенологические периоды, собрали радарные и оптические данные, характерные для этих периодов, с обоих спутников. Затем эти признаки были введены в классификаторы машинного обучения, или алгоритмы, которые классифицируют данные.

Подход с использованием нескольких источников данных показал значительное повышение точности — от 6,44 до 16,10%. Результаты были подтверждены с помощью регрессионного анализа, который позволил соотнести картографированные участки со статистическими данными.

В ходе исследования были определены критические факторы, влияющие на фенологию и пространственное распределение риса в Гуандуне. Температурные условия, в частности резкое похолодание на этапах роста, оказались основными факторами, влияющими на развитие риса. Взаимодействие антропогенных и природных факторов, включая уклон почвы и минимальную температуру, также существенно повлияло на пространственные модели риса.

Результаты исследования увеличивают точность картографирования и вносят вклад в обеспечение глобальной продовольственной безопасности.

Применение нестандартных подходов и технологий для научных разработок позволяет решить многие вопросы, а также оптимизировать процессы. Во Всероссийском центре карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») при разработке методов диагностики регулируемых вредных организмов используются как традиционные, так и прорывные технологии, позволяющие диагностировать фитопатогены даже в латентной форме в максимально короткие сроки.

Источник: Sun, L. et al. Paddy Rice Mapping Based on Phenology Matching and Cultivation Pattern Analysis Combining Multi-Source Data in Guangdong, China, Journal of Remote Sensing (2024). DOI: 10.34133/remotesensing.0152