Urruneko detekzioa

Urruneko detekzioa

Orria eraikitzen ari da

URRUNEKO DETEKZIOA ETA APLIKAZIO AGRONOMIKOAK: LABORANTZA KUDEAKETA ETA UREZTAPENA

1. Zer da urrutiko detekzioa?

Zentzu zabalean, hauek dira lurraldearen urrutiko behaketaren bidez informazioa jasotzeko bitartekoak, eta informazio hori interpretatzeko erabiltzen diren teknikak eta ezagutzak. Zehazki, plataforma mugikorretan (sateliteetan) kokatutako sentsoreetatik erradiazio elektromagnetikoa biltzeari eta datu horien interpretazioari aplikatzen zaio.

Teledetekzioko datuak eskuratzeko eta prozesatzeko eskema orokorra

1. irudia. Urruneko detekzio bidezko datuak eskuratu eta prozesatzeko eskema orokorra.

  • Lurraren gainazalaren ikuspegi global, integral, sinoptiko eta errepikakorra ahalbidetzen du.
  • Lurraldearen estaldura osoa eta maiz ematen du, eskala ezberdinetako lanak ahalbidetuz.
  • Datuen bilketan homogeneoa eta ez-suntsitzailea da.
  • Beste informazio geografiko batzuekin integra daitekeen informazio digitala sortzen du.

2 Urruneko detekzioak sortutako datuak

Sateliteek Lurraren gainazaletik islatutako energia biltzen dute uhin-luzera desberdinetan (sateliteak daramatzan sentsoreen arabera). Espektro elektromagnetikoak uhin-luzera sorta zabala du.

Espektro elektromagnetikoaren irudi adierazgarria

2. irudia. Espektro elektromagnetikoa.

Uhin-luzera bakoitzak informazio egokia ematen du Lurraren gainazaleko hainbat ezaugarri aztertzeko. Adibidez, erradiazio ikusgaiak (0,4 eta 0,7 nanometro artean) landareen jarduera fotosintetikoari buruzko informazioa ematen du; infragorri hurbilak (NIR, 0,7 eta 2,5 nanometro artean) landarediaren hazkundea karakterizatzeko aukera ematen du; infragorri termikoak (TIR, 2,5 eta 20 nanometro artean) landarediaren ur-egoera karakterizatzen du; eta radar-uhin-luzerak (0,5 cm eta 1 m artean) lurzoruaren gainazaleko hezetasuna karakterizatzeko informazio interpretagarria ematen du.

Sateliteek gainazaleko islagarritasun datuak biltzen dituzte (lurraren pixel bakoitzeko) eta banda anitzetan gordetzen dituzte (banda bat uhin-luzera bakoitzeko). Informazio hau bi modutan adieraz daiteke:

  • Banda konbinazio desberdinen bistaratze-lanak erakusten dituzten lurraren irudien bidez.
  • Hautatutako pixel edo eremu baterako, uhin-luzera desberdinetan islatutako energia kopurua adierazten duten grafikoen bidez (uhin-luzeraren balioak X ardatzean eta lortutako islapen-maila Y ardatzean).

2.1 Satelite bidezko irudien bistaratzeko adibideak

NIR, Gorri eta Berde bandei dagokien konbinazio baten bistaratzea (kolore faltsua deritzo, NIR bandaren datuak kanal gorriari, banda gorriaren datuak kanal berdeari eta banda berdearen datuak kanal urdinari esleitzen dizkiolako). Konbinazio honetan, landaredi sendoa tonu gorrietan erakusten da.

Badajoze iparraldeko irudia bertan Sentinel 2, teledetekzio metodoa, aplikatzen den

3. irudia. Sentinel irudiaren adibidea 2023ko ekainaren 2an Badajozeko iparraldean (kolore faltsua).

Giza begiak kolorea nola sortzen duen antzekoagoa den beste adibide bat gorri, berde eta urdin banden konbinazioari dagokio (kolore naturala deritzona), non landaredi indartsua berde tonuetan ikusten den.

Badajoze iparraldeko irudia, zeinetan Sentinel 2, benetako kolorea duen teledetekzio metodoa, aplikatzen den

4. irudia. Sentinel irudiaren adibidea 2023ko ekainaren 2an Badajoze iparraldean (egiazko kolorea).

2.2 Urruneko detekzio-datuen irudikapen grafikoa

Pixel (edo pixel talde) baten uhin-luzeraren arabera islatutako energiaren irudikapen grafikoari sinadura espektral deritzo. Lurzoruaren estaldura mota bakoitzaren ezaugarria da; adibidez, landaredian, klorofilak erradiazioa xurgatzen du kanal gorrian eta zorrotz islatzen du infragorrian.

Pixel batean isladatzearen zenbakizko balioa 3 bandetan adierazten duen irudia

5. irudia. Pixel bateko islapenaren zenbakizko balioa 3 bandatan.

Landsat TM bezalako satelite bateko datuetatik lortutako landarediaren sinadura espektrala, zeinak 7 banda dituen (eta beraz, 7 uhin-luzeratan datuak biltzen dituen), lerro sinplifikatu gisa erakusten da, banda askoz gehiagorekin lan egiten duten beste satelite batzuetan ohikoa den irudikapen jarraituarekin alderatuta:

Landare-estalki baten sinadura espektrala adierazten duen grafikoa

6. irudia. Landare-estalki baten sinadura espektrala.

2.3 Satelite desberdinen ezaugarriak

Jarraian, nekazaritzan eta ingurumenean aplikazio ugari dituzten datu irekiak eta artxibo historikoak dituzten satelite batzuen ezaugarrien laburpen-taula bat ageri da.

SATELITEA / SENTSOREAIRUDIAREN ZABALERA (Km)BANDA KOPURUAPIXELEN TAMAINAIRUDIEN ARTEKO EGUNAKFITXATEGIA HASIERA DATA
MODIS Terra-Aqua2.33036 banda
(uhin luzeran: A,V, R, CRI, MRI, T)
250 m (R, IR)
500 m (A, V, CRI)
1 km (A, V, R, IRC, IRM, T)
EguneroGeroztik: 1999 Terra
2002 Aqua
Landsat 5 TM1907 banda (A, V, R, CRI, MRI, T)30m Multi
120 m T
161984-2013
Landsat 7 EMT+1901 PAM banda
8 banda anitzeko
15 m ogia
30m Multi
60 m T
161999az geroztik
Landsat 8 OLI1901 PAM banda
8 banda anitzeko
15m pan30m Multi
100 m T
162013az geroztik
Sentinel-2 MSI290
Fitxak
100×100
13 Banda Anitzak10 m (A, V, CRI)
20 m (BR, CRI, IRM)
60 m (A, CRI, MRI)
5Nork:
2015 S2A2017 S2B
Sentinel-1 C-SAR250Bikoitza: VV+VH,HH+HV
Sinplea: HH, VV
5×20 metro6Nork:
2014 S1A2016 S1B

7. irudia. Artxibo irekiko irudiak dituzten sateliteak.

3. Zer dira urrutiko detekzio-indizeak?

Hasierako irudien espektro-banden balioen artean egindako eragiketa matematikoen emaitza dira, lurzoruaren estaldurari buruzko informazio interesgarria nabarmentzen duten irudi sintetikoak lortzeko, hasierako irudietako argiztapen edo zarata desberdintasunak bezalako arazoak arinduz.

Normalean, indizeak denbora anitzeko irudi-serieei aplikatzen zaizkie lur-estaldura mota desberdinen bilakaera denboran zehar aztertzeko, dela labore desberdinen fenologia, baso-eremuen egoera, hezeguneetako uholde-eremua, suteek kaltetutako eremuen bilakaera, eta abar behatzeko.

Indize erabilienetako batzuk, adibidez, hauek dira:

Berak NDVI (Diferentzia Normalizatutako Landarediaren Indizea (Rouse et al., 1973tik hartua). Landaredi-jarduerarekin korrelazionatutako indizea da. Bere balioak -1etik 1era bitartekoak dira, balio altuagoak landaredi biziari dagozkiolarik. Bere muga nagusia da landaredia oso trinkoa denean saturatzeko joera duela. Banda-erlazio hau erabiliz kalkulatzen da.

Hileroko NDVIren bistaratzea arto-pibotean

8. irudia. Hileroko NDVIaren bistaratzea arto-pibotean.

Berak SAVI (Lurzoruari egokitutako landarediaren indizea. (Huete, 1988). NDVIren baliokidea den indizea da, L parametroa sartzen duena, eta horrek lurzoruaren islagarritasunaren ekarpena doitzeko aukera ematen du. L 0 eta 1 artean aldatzen da, 0,5 balioa landaredi-dentsitate ertainetarako erabiliz (1 dentsitate baxuetarako eta 0,25 dentsitate handietarako).

SAVI = NIR − R NIR + R + L (1+L)
l = 5

Berak NDWI (Uraren Diferentzia Normalizatuaren Indizea. (Gao, 1996). Landarediaren ur-edukia eta ur-estres bat zehazteko erabiltzen den indize normalizatua da. Balioak -1etik 1era bitartekoak dira, balio altuagoek ur-eduki handiagoa adierazten dutelarik. Banda-erlazio hau erabiliz kalkulatzen da:

NDWI = NIR − SWIR NIR + SWIR

Urruneko detekzio aplikazioen 4 adibide

4.1 Laboreen jarraipena

Urruneko detekzio datuak satelitearen arabera tarte desberdinetan daude eskuragarri (adibidez, Landsat 16 egunetik behin, Sentinel-2 5 egunetik behin). Datu hauek laboreen garapen-ziklo osoan zehar kostu txikiko jarraipena egitea ahalbidetzen dute. Ikerketak lursail mailan edo eremu handietan egin daitezke. Datu hauek hainbat eredu agronomikotan sartzeak laboreen beharrak kudeatzeko erabil daitezkeen emaitzak ematen ditu (adibidez, ureztatze, ongarri eta pestiziden beharrak kalkulatzeko).

 
apirilak 6Ekainak 13Ekainaren 25eanAbuztuaren 27anurriaren 8an
Landatutako laborearen satelite-irudiaGarapen begetatiboan laborearen satelite-irudiaLore-laborearen satelite-irudiaLaborantza heltzen ari diren fruituen satelite-irudiaUzta biltzeko prest dagoen uztaren satelite-irudia
Ereitea

Garapena
begetatiboa
Loratu

Heldutasuna

Uzta

Landatu berri den belar-labore baten ilustrazioaGarapen begetatiboan dagoen belar-labore baten ilustrazioaLoredun belar-labore baten ilustrazioaBelar-laborearen fruitua heltzen ari denaren ilustrazioaUztarako prest dagoen belar-labore baten ilustrazioa
0 – 7 egun7 – 50 egun
2 hilabete
50 – 53 egun53 – 110 egun110 – 120 egun
ApirilaApirila – EkainaEkaina – AbuztuaIraila – Urria

9. irudia. Arto-uztaren fase fenologikoekin bat datozen Landsat irudien bistaratzea.

4.2 Lursaileko arazoen identifikazio goiztiarra

Landaredi-indizeek ematen duten informazioaren tratamendu estatistikoak laborearen garapenean zehar arazoak identifikatzea ahalbidetzen du, adibidez, data bakoitzean azterketa-eremuko indizeen balioak espero liratekeen batez besteko balioekin alderatuz.

Lursailetan indar-arazoengatiko alerten irudi adierazgarria

10. irudia. Data ezberdinetan NDVItik lortutako lursailetan indar-arazoengatiko alertak.

4.3 Lur-estalduraren sailkapenak

Data jakin bateko irudi multibanda batekin edo data anitzetako irudiekin sinadura espektralak erabiltzeak antzeko ezaugarriak dituzten pixelak klaseetan taldekatzea ahalbidetzen du. Pixel antzekoak identifikatzeko erabiltzen diren algoritmoak oso anitzak dira.

Irudiak sailkatzeko prozesua eskematikoki adierazten duen irudia

11. irudia. Irudien sailkapen prozesuaren eskema-adierazpena.

4.4 Urruneko detekzio datuak laboreen ebapotranspirazioaren kalkulu ereduetan sarrera gisa

Zehazki, urrutiko detekzio-datuen erabilera agronomiko ereduetan, hala nola laboreen ur-beharrak kalkulatzeko erabiltzen direnetan, ikusten dugu laboreen ebapotranspirazioa (ETc) kalkulatzeko hainbat eredu daudela:

  • ALEXI eredua (Anderson et al., 2007-18)
  • eeMETRIC (Allen et al., 2005-07-11)
  • geeSEBAL (Bastiaanssen et al., 1998; Lapielt et al., 2021)
  • PT-JPL (Fisher et al., 2008)
  • SIMS (Melton et al., 2012; Pererira et al., 2020)
  • SSEBop (Senay et al., 2013-18)

Gehienak gainazaleko energia-balantzerako hurbilketak dira, eta urrutiko detekzio-datuak eta datu meteorologikoak erabiltzen dituzte sarrera gisa, beste datu-multzo batzuen artean.

Horien artean, Allen ereduak FAOren laboreen lurruntze-koefizientea (Kc) deribatzea ahalbidetzen du, eta NDVItik ebapotranspirazioaren kalkuluan esku hartzen du belar-laboreetan, adierazpen honekin: Kc = 1.25 x NDVI + 0.1 (Allen et al., 2008)

Kc honetatik eta estazio meteorologikoetatik lortutako ebapotranspirazio potentzialetik (ETo), kalkula daiteke laboreen benetako ebapotranspirazioa (ETc). Datu hauek erabil daitezke:

Nekazari mailan: ureztatzea planifikatzea (satelite-irudiek emandako informazioa, hezetasun-zundak eta eguraldi-datuen iragarpena konbinatzeak ureztatzea unerik egokienetan eskatzea ahalbidetzen du)

Ureztatze-kudeaketa erakundeen mailan, ureztatze-denboraldi osoan zehar ur-kontsumoaren aurreikuspenak/kudeaketa egiteko.

Kc-ren kalkulu-eskema Allen ereduarekin eta ET deribatuarekin belar landareetan

12. irudia. Allen eredua eta eratorritako ET erabiliz landare belarkaratan Kc-ren kalkulu eskema.

4.5 Aplikazioak laboreen produktibitatea kalkulatzeko eredu agronomikoetan

Urruneko detekzioaren erabileraren beste adibide bat NDVI-a agronomia-ereduetan sartzea da, argiaren erabileran oinarritutako Biomasaren Estimazio Ereduan azaltzen den errendimendu-balioak lortzeko.

Artoan biomasaren eta laborearen etekin eratorriaren kalkuluaren irudi adierazgarria

13. irudia. Artoaren biomasaren eta eratorritako laboreen errendimenduaren kalkulua.

Modelo honetan, NDVI-ak landareek beren ziklo begetatibo osoan zehar xurgatzen duten erradiazioa kalkulatzeko aukera ematen du, eta horrek sortutako biomasaren kuantifikazioa eta eratorriko etekina islatzen ditu, modeloan parte hartzen duten hainbat parametro doituz.

Urruneko detekzioarekin lotutako beste erabilera posible batzuk detekzio automatikoa dira aldaketen, uholdeen, suteen jarraipenaren…

Urruneko detekzioa duten 5 agronomia proiektu

Ureztatzeko komunitateentzako laguntza teknikoa

Leongo Porma, Payuelos eta Páramo komunitateetako ureztatzaileekin lankidetza. 2017ko denboraldiaz geroztik, hainbat urrutiko detekzio produktu (kolore faltsuko eta kolore naturaleko irudien bistaratzea, landaredi indizeak, lursailen Kc-ak eta landarediaren indar alertaren irudiak) eskaini eta ureztatze komunitateei eta ureztatze kudeatzaileei eskuragarri jarri zaizkie ikustaile baten bidez.

Leongo ureztatze-komunitateen OPTIREG ikusle-diagrama baten irudi adierazgarria

14. irudia. OPTIREG ikustaile-eskema Leóngo ureztatze-komunitateetarako.

SIAR-en ur-beharren kalkulua

2016ko kanpainatik aurrera, ureztatzeko uraren beharren kalkulua maila nazionalean egin da, besteak beste, kanpaina bakoitzean eskuragarri dauden Landsat 8 eta Sentinel 2 irudien seriea erabiliz, eta tarteko produktu sorta bat sortuz, hala nola ureztatzeko lurzoruaren erabileraren mapa, hileko eta urteko ETc mapak eta hileko eta urteko ureztatze beharren mapak.

SIAR proiektuan erabilitako hasierako datuen eta sortutako produktuen eskema

15. irudia. SIAR proiektuan erabilitako hasierako datuen eta sortutako produktuen eskema.

NEPBko laguntza-sisteman belar-laboreen jarraipena

1994az geroztik, laboreen kontrol estatistiko partzialak egin dira lurrean, bereizmen ertain eta handiko satelite bidezko irudietan oinarrituta, NEPBren laguntza sistema laguntzeko.

2019az geroztik, Copernicus programaren bereizmen eta estaldura nahikoa duten datu irekien eskuragarritasunak gainazal nazionalaren % 100eko monitorizazioa ahalbidetzen du, satelite-datuak hodeian atzitzeko eta prozesatzeko teknologia berriak erabiliz.

Laborantza teledetekzioaren kontrol-eskema PAC laguntzarako

16. irudia. SIAR proiektuan erabilitako hasierako datuen eta sortutako produktuen eskema.

Indize orokorra

euEuskara