Чтобы фермер мог следить за своими полями при помощи смартфона, компания OneSoil обрабатывает терабайты спутниковых изображений и превращает их в удобные карты NDVI. Если по-простому, это такие разноцветные картинки, по которым можно судить о здоровье посевов. Это следующий шаг после того, как фермер нашёл свои поля с предсказанными нами границами на карте мира (про это было в одном из прошлых постов).
NDVI (Normalized difference vegetation index, Нормализованный вегетационный индекс) — это числовой показатель качества и количества растительности на участке поля. Он рассчитывается по спутниковым снимкам и зависит от того, как растения отражают и поглощают световые волны разной длины. Здоровое растение активно поглощает красный свет и отражает ближний инфракрасный, а больное — ровно наоборот. Все эти данные улавливает спутник при помощи своих датчиков. Вообще вегетационных индексов масса, NDVI — это самый распространённый.
Индекс NDVI нужен, чтобы дистанционно наблюдать за состоянием сельскохозяйственных полей. Но прежде чем превратится в карту NDVI в мобильном или в веб-приложении OneSoil, спутниковые изображения проходят долгий путь.
Шаг 1: спутники фотографируют Землю
В приложениях OneSoil мы используем изображения спутников Sentinel-2 программы Copernicus. Copernicus — это спутниковая программа наблюдения и мониторинга Земли, запущенная Европейской комиссией. Снимки Sentinel-2 хорошо подходят для нужд сельского хозяйства, так как они имеют разрешение 10 метров и обновляются каждые 3-5 дней.
Спутникам нужно 10 дней, чтобы облететь Землю 143 раза по орбите. За это время они делают снимки всей поверхности Земли. Далее эти фотографии отправляются в наземные центры обработки и архивирования данных, где изображения обрабатываются, нарезаются на более мелкие квадраты и загружаются в облачное хранилище Copernicus. Туда они попадают спустя 2-12 часов после съёмки.
В этот момент вступаем в игру мы.
Шаг 2: Мы обрабатываем спутниковые снимки
Наша цель — показать точный индекс NDVI как можно скорее. Ежедневно мы получаем около 300 гигабайтов необработанных данных. Это от 200 до 300 спутниковых изображений, каждое из которых отображает площад�� 100 на 100 км. Чтобы использовать их при расчёте NDVI, мы автоматически сжимаем полученные данные и обрабатываем их.
Обработка — важный шаг, потому что часто на спутниковых снимках видны снег и облака. Только чистые изображения позволяют оценить состояние вегетации, поэтому мы разработали собственные алгоритмы для поиска и фильтрации облаков, теней от них и снега. Но если погода плохая и небо затянуто облаками, то изображения будут «грязными», и у нас будет недостаточно данных для расчёта NDVI. В таком случае мы не сможем показать апдейты о состоянии поля нашим пользователям.
После чистки наступает стадия расчёта индекса вегетации. Чтобы определить значение NDVI в определённой точке изображения, используют следующую формулу:
NIR — ближний инфракрасный диапазон, а RED — красный диапазон
Затем мы расшифровываем рассчитанные значения и задаём им цвета в диапазоне от тёмно-коричневого до ярко-зелёного. Чем зеленее, тем выше NDVI. Такую раскраску и цифровое значение индекса NDVI для полей и видят фермеры в наших приложениях.
Шаг 3: Фермер смотрит на карты вегетации и делает выводы
По индексу вегетации NDVI фермер не может узнать, что именно случилось с его посевами — это скорее подсказка о том, что происходит на поле в данный момент. То есть если моё поле тёмно-коричневого цвета в середине сезона, я не знаю, что именно там произошло — поле затопило, посевы съели вредители или вытоптали недоброжелатели. Просто знаю, что дела на этом участке идут не очень, надо съездить туда, понять, что случилось, и предпринять какие-то меры.
Это и есть самый базовый сценарий использования NDVI — дистанционный осмотр поля. Сидя дома на диване, фермер может по индексу вегетации понять, на каких участках поля растения развиваются нормально, а на каких — нет. И вот в эти проблемные участки он сразу и едет. Это сильно экономит время и деньги на оплату работы или бензин для машины. Просто представьте, что поле в 1 га — это 100 на 100 метров, чуть больше, ч��м обычное футбольное поле. Быстрым шагом такой участок можно обойти минут за пять. Просто обойти без возможности понять, что же там в глубине происходит. Когда ты фермер, площадь твоих полей может достигать нескольких десятков тысяч гектар, а осматривать их нужно практически круглый год. Вот в таком случае и пригодятся карты NDVI, которые мы показываем в наших приложениях.
