Majsproduktivitet i realtid:Satellitter, feltkameraer, og landmænd går sammen

University of Illinois videnskabsmænd, med hjælp fra medlemmer af Illinois Corn Growers Association, har udviklet en ny, skalerbar metode til at estimere afgrødeproduktivitet i realtid. Forskningen, udgivet i Fjernmåling af miljø , kombinerer feltmålinger, et unikt in-field kamera netværk, og høj opløsning, højfrekvente satellitdata, leverer meget nøjagtige produktivitetsestimater for afgrøder på tværs af Illinois og videre.

"Vores ultimative mål er at give nyttig information til landmænd, især på feltniveau eller underfeltniveau. Tidligere, de fleste tilgængelige satellitdata havde grov rumlig og/eller tidsmæssig opløsning, men her udnytter vi nye satellitprodukter til at estimere bladarealindeks (LAI), en proxy for afgrødeproduktivitet og kornudbytte. Og vi ved, at satellitestimaterne er nøjagtige, fordi vores jordmålinger stemmer overens, " siger Hyungsuk Kimm, en ph.d.-studerende i Institut for Naturressourcer og Miljøvidenskab (NRES) ved U af I og hovedforfatter på undersøgelsen.

Kimm og hans kolleger brugte overfladereflektansdata, som måler lys, der preller fra Jorden, fra to slags satellitter til at estimere LAI i landbrugsområder. Begge satellitdatasæt repræsenterer store forbedringer i forhold til ældre satellitteknologier; de kan "se" Jorden i en fin skala (3-meter eller 30-meter opløsning) og begge vende tilbage til det samme sted over planeten på daglig basis. Da satellitterne ikke fanger LAI direkte, forskerholdet udviklede to matematiske algoritmer til at konvertere overfladereflektans til LAI.

Mens udviklingen af ​​algoritmerne til at estimere LAI, Kimm arbejdede sammen med landmænd i Illinois for at opsætte kameraer i 36 majsmarker over hele staten, giver kontinuerlig overvågning på jordoverfladen. Billederne fra kameraerne gav detaljeret jordinformation for at forfine de satellit-afledte estimater af LAI.

Den sande test af satellitestimaterne kom fra LAI-data Kimm målte direkte i majsmarkerne. To gange om ugen i vækstsæsonen 2017, han besøgte markerne med et specialiseret instrument og målte majsbladarealet i hånden.

Til sidst, satellit-LAI-estimaterne fra de to algoritmer stemte stærkt overens med Kimms "grundsandhed"-data fra markerne. Dette resultat betyder, at algoritmerne leveres meget nøjagtige, pålidelig LAI-information fra rummet, og kan bruges til at estimere LAI i felter overalt i verden i realtid.

"Vi er de første til at udvikle skalerbar, højtemporal, højopløselige LAI-data, som landmænd kan bruge. Disse metoder er blevet fuldt valideret ved hjælp af et hidtil uset kameranetværk til landbrugsjord, " siger Kaiyu Guan, adjunkt ved Institut for NRES og Blue Waters professor ved National Center for Supercomputing Applications. Han er også hovedforsker på undersøgelsen.

At have LAI-data i realtid kan være medvirkende til responsiv styring. For eksempel, satellitmetoden kunne detektere underpræsterende felter eller segmenter af felter, der kunne korrigeres med målrettet forvaltningspraksis såsom næringsstofhåndtering, påføring af pesticider, eller andre strategier. Guan planlægger at gøre realtidsdata tilgængelige for landmænd i den nærmeste fremtid.

"Den nye LAI-teknologi udviklet af Dr. Guans forskerhold er et spændende fremskridt med potentiale til at hjælpe landmænd med at identificere og reagere på problemer i marken hurtigere og mere effektivt end nogensinde før, " siger Laura Gentry, direktør for vandkvalitetsforskning for Illinois Corn Growers Association.

"Mere nøjagtige målinger af LAI kan hjælpe os med at være mere effektive, rettidigt, og træffe beslutninger, der i sidste ende vil gøre os mere profitable. De sidste par år har især været vanskelige for landmændene. Vi har brug for teknologier, der hjælper os med at allokere vores begrænsede tid, penge, og arbejde mest klogt. Illinois Corn Growers Association er glad for at samarbejde med Dr. Guans team, og vores landmandsmedlemmer var glade for at hjælpe forskerne med adgang til deres afgrøder med at validere holdets arbejde. Vi er stolte af det fremskridt, denne nye teknologi repræsenterer, og er spændte på at se, hvordan Guan-forskerholdet vil bruge det til at bringe værdi direkte til Illinois-landmændene, " tilføjer Gentry.