RU2621876C1 - Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем - Google Patents
Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621876C1 RU2621876C1 RU2016100930A RU2016100930A RU2621876C1 RU 2621876 C1 RU2621876 C1 RU 2621876C1 RU 2016100930 A RU2016100930 A RU 2016100930A RU 2016100930 A RU2016100930 A RU 2016100930A RU 2621876 C1 RU2621876 C1 RU 2621876C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiometric
- checks
- survey
- microwave
- average
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G22/00—Cultivation of specific crops or plants not otherwise provided for
- A01G22/20—Cereals
- A01G22/22—Rice
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Botany (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам радиометрической съемки земной поверхности и может быть использовано при проведении мониторинга рисовых оросительных систем. Сущность: выполняют панорамную космическую ИК-радиометрическую съемку поверхности земли со средним разрешением 100-200 м и периодичностью 12-24 ч. Усредняют результаты снимков, выполненных в течение 2-3 дней в разное время суток. Строят карту температуры подстилающей поверхности. Выделяют 3-4 группы полей, различающихся между собой значением средней температуры поверхности почвы на 2-3 градуса. По результатам панорамной космической ИК-радиометрической съемки разрабатывают оптимальный маршрут проведения последующей СВЧ-ИК-радиометрической съемки. Так, в первую очередь СВЧ-ИК-радиометрическую съемку проводят для группы полей с наибольшей температурой поверхности, то есть для группы предположительно более сухих чеков. По результатам СВЧ-ИК-радиометрической съемки строят карты влажности почвы и уровня залегания грунтовых вод с детальностью для каждого чека. Далее в чеках, имеющих значения средней влажности поверхностного слоя почвы, близкие к нормальной влагоемкости, выполняют детальную СВЧ-радиометрическую съемку. По результатам детальной съемки строят карты микрорельефа чеков. Формируют решения о начале агромелиоративных мероприятий для данных чеков. Технический результат: повышение точности контроля состояния рисовых чеков в предпосевной период. 1 ил.
Description
Способ мониторинга рисовых оросительных систем
Изобретение относится к области орошаемого земледелия и может использоваться в сельском и водном хозяйстве при производстве риса.
Рисовые оросительные системы (РОС) в пределах региона возделывания риса охватывают огромные территории с весьма разнообразными агрометеорологическими и гидромелиоративными условиями. Выращивание данной культуры критично к влажности в верхнем слое почвы, ее температуре, а также к микрорельефу поверхности чеков.
Из уровня техники известен способ дистанционного СВЧ-радиометрического зондирования для оперативного управления технологическими процессами возделывания риса, описанный в работе [1].
Согласно этому способу перед посевом с помощью СВЧ радиометрической съемки строится карта влажности почвы и уровня залегания грунтовых вод (УГВ) по чекам рисового поля;
Недостатком этого способа является отсутствие возможности определения оптимального времени проведения СВЧ радиометрической съемки для определения влажности почвы и УГВ, а также наиважнейшей характеристики рисового поля – микрорельефа поверхности чеков.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, раскрытый в работе [2].
Согласно этому способу (методике, описанной в этой работе) каждая из характеристик рисового поля измеряется в тот момент (период), когда ее влияние на развитие растений наиболее существенно: измерение влажности почвы проводится после схода снежной массы, перед проведением весенних полевых работ с помощью бортового (самолетного) комплекса, включающего радиометры СМ и ДМ-диапазонов. Данные измерений обрабатываются для каждого рисового чека отдельно и представляют информацию об их исходном гидрологическом состоянии. При этом усредненные по площади чека значения яркостных температур на СМ и ДМ-волнах переводятся в значения свободной влаги по методике Шутко А.М. [3].
Микрорельеф поверхности рисовых чеков определяется следующим образом:
На рисовом массиве, где требуется определить микрорельеф поверхности чеков, произвольно выбирают эталонный чек (внешне не отличающийся от других) из соображений удобства проведения на нем контрольных измерений. В этом чеке определяют максимальную (точка 1) и минимальную (точка 2) высотную отметки с помощью нивелирной съемки. После естественного или искусственного увлажнения (после дождя или оттаивания снега) каждый день в окрестностях этих отметок измеряют влажность почвы в поверхностном слое (2-5см) W1 и W2. Вычисляют разность |W1 – W2|. В тот день, когда эта разность достигает максимальной величины (0,1-0,3 г/см3), с помощью многолучевого СВЧ-радиометра СМ диапазона (2-5см) проводят детальную (не хуже 20х20м2) съемку рисового массива.
Определяют среднее значение коэффициента излучения æср по каждому чеку:
где N - количество точек (квадратов) в данном чеке.
Определяют разности
Δæi = æi-æср.
В эталонном чеке путем измерений интенсивности излучения æ и уровня отклонения поверхности участков чека Δh от среднего горизонта чека в нескольких точках (с помощью нивелира), включая точки 1 и 2, определяют зависимость между Δæ = æi–æср и величиной Δh, т.е. определяют функцию
Δh = f(Δæ). Исходя из этой зависимости по границам участков с различным коэффициентом излучения проводят горизонтали и для каждого чека строится карта расположения Δhi по площади чека (т.е. карта микрорельефа).
Δh = f(Δæ). Исходя из этой зависимости по границам участков с различным коэффициентом излучения проводят горизонтали и для каждого чека строится карта расположения Δhi по площади чека (т.е. карта микрорельефа).
А коэффициент неровности поверхности каждого чека определяют выражением
Очевидно, чем меньше значение Кнр, тем ровнее поверхность чека (выше качество планировки).
Все эти данные заносятся в так называемый «Банк рисовода», где хранится вся информация по всем чекам хозяйства, и используются для корректировки агротехнических мероприятий.
Недостатком данного способа мониторинга является низкая точность определения влажностных характеристик почвы и микрорельефа в рисовых чеках, зависящая от времени суток и даты проведения СВЧ радиометрических съемок (дата съемки перед посевом выбирается наугад).
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности контроля состояния рисовых чеков в предпосевной период с помощью детальной аэрокосмической съемки.
Схема алгоритма реализации способа представлена на рис. 1.
При осуществлении способа в регионе (районе) рисосеяния проводят спутниковые съемки поверхности земли в инфракрасном (ИК) диапазоне со средним разрешением (100 – 200 м), с периодичностью от 12 до 24 часов. При этом не требуется определения точного абсолютного значения температуры поверхности почвы: достаточно будет получать качественные относительные оценки (контрасты) для выделения отдельных массивов (участков, отделений в хозяйствах) путем усреднения результатов нескольких снимков, проведенных в течение 2-3 дней в разное время суток. В результате на рисовых оросительных системах выделяются 3-4 группы (типа) полей, отличающихся между собой значением средней температуры поверхности почвы на 2-3 градуса.
Результаты космической радиометрической съемки являются основой для установления очередности проведения СВЧ – ИК аэросъемок рисовых полей с целью более детального определения влажности и температуры почвы, уровня залегания грунтовых вод (УГВ), а также микрорельефа поверхности в каждом чеке, и начала соответствующих агромелиоративных мероприятий в них.
Проведение предшествующей аэросъемке космической ИК радиометрической съемки поверхности земли позволяет находить оптимальное (более подходящее) время проведения съемок и на их основе – последовательность проведения предпосевных агромелиоративных работ по участкам (массивам). От этого времени зависит, в каких условиях находится исследуемый объект и, следовательно, точность определения его характеристик дистанционным радиометрическим способом. Это особенно критично для определения микрорельефа поверхности рисового поля и УГВ. Оно исключает необходимость проведения каждодневных наземных измерений влажности в «эталонном чеке». Не всегда является правомерным распространение условий (состояние) «эталонного чека» на весь массив (как делается в прототипе). А панорамная ИК-космическая съемка дает объективную картину по каждому чеку всего массива и района в целом.
В первую очередь СВЧ-ИК аэросъемка (с самолета, вертолета или беспилотного летательного аппарата) проводится для группы полей (чеков) с наибольшей температурой поверхности. По данным этой съемки на основе известной радиационно-влажностной зависимости в СВЧ диапазоне строится карта влажности почвы этого участка по чекам [3]. Затем по очереди аналогичная съемка проводится и для других групп чеков (с интервалом времени в 1-2 дня при отсутствии осадков). На полученной карте влажности почвы выделяют чеки со средней влажностью в скин-слое (эффективно излучающем на рабочей волне СВЧ-радиометра), близкой к значению нормальной влагоемкости (0,25 – 0,3 г/см3) для проведения в них съемки микрорельефа по известной методике[2].
Пример реализации способа.
С наступлением весны (после схода снежного покрова), например, в рисоводческом регионе Краснодарского края производят штатные ИК-радиометрические съемки со спутников LANDSAT с периодичностью в 12-24 часов (согласно орбит КА). По итогам съемок в течение двух–трех дней (усреднением температуры по времени) строится карта распределения температуры подстилающей поверхности по грубой шкале (3 градации). Соответственно, выделяются три типа массива, отличающихся между собой средним значением температуры поверхности: участки А с ТА ср≈ 285 К; участки Б с ТБ ср =ТА ср+2,5 К; участки В с ТВ ср = ТА ср+5 К. Таким образом, между этими группами массивов имеется температурный контраст, приблизительно равный 2,5 К.
Исходя из взаиморасположения чеков одной группы, разрабатывается оптимальный маршрут облета самолета–лаборатории (или беспилотного летательного аппарата) с ИК-СВЧ радиометрическим комплексом на борту и производится съемка в первую очередь участков группы В (наиболее «теплых», предположительно более сухих чеков). По данным спектральной СВЧ радиометрической съемки (на нескольких волнах см и дм диапазонов) по известной методике строятся карты влажности почвы и УГВ с детальностью до каждого чека. Затем в чеках с подходящим значением средней влажности поверхностного слоя почвы (близкой к нормальной влагоемкости) производят детальную (не крупнее чем 20×20 м2) СВЧ-радиометрическую съемку в см-диапазоне и согласно известной методике строят карты микрорельефа чеков. В чеках с удовлетворительным качеством планировки поверхности (по общепринятым критериям) начинают предпосевную подготовку почвы. А чеки с неудовлетворительной планировкой выводят из оборота рисосеяния на этот год и назначают мероприятия по ее улучшению с использованием полученной карты микрорельефа (разрабатывают схему перемещения грунта).
Предварительная космическая радиометрическая съемка поверхности Земли в инфракрасном диапазоне позволяет определить оптимальную дату начала СВЧ-радиометрических аэросъемок и за счет этого повысить точность полученных результатов. В результате получается возможность существенно поднять среднюю урожайность различных рисовых чеков. При этом достигается весомая экономия оросительной воды и значительно уменьшается себестоимость зерна.
Литература
1. Воробейчик Е.А., Кибальников С.В., Любинский И.А., Шутко А.М., Язерян Ж.Г. Использование метода дистанционного СВЧ-радиометрического зондирования для оперативного управления технологическими процессами возделывания риса. Доклады ВАСХНИЛ, №3 1987, с 40-42.
2. Шутко А.М., Воробейчик Е.А., Крашенинников М.А., Язерян Г.Г. Мониторинг состояния рисовых полей СВЧ-радиометрическим методом. Успехи современной радиоэлектроники, №11, 2001, с. 73-79.
3. Шутко А.М. СВЧ–радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. «Наука», 1985. 215 с.
Claims (10)
- Способ мониторинга рисовых оросительных систем, включающий проведение радиометрической аэросъемки, по результатам которой в предпосевной период строят карты влажности почвы с детальностью до каждого чека, а также карты микрорельефа чеков, отличающийся тем, что до проведения радиометрической аэросъемки
- a) выполняют панорамную космическую радиометрическую съемку поверхности земли в инфракрасном диапазоне со средним разрешением 100-200 м с периодичностью от 12 до 24 часов,
- усредняют результаты снимков, выполненных в течение 2-3 дней в разное время суток,
- строят карту температуры подстилающей поверхности и
- выделяют 3-4 группы полей, различающихся между собой значением средней температуры поверхности почвы на 2-3 градуса,
- b) исходя из взаиморасположения чеков одной группы, разрабатывают оптимальный маршрут их облета летательным аппаратом с СВЧ-ИК радиометрическим комплексом на борту, начиная с группы наиболее сухих чеков,
- с построением по результатам данной съемки карт влажности почвы и уровня залегания грунтовых вод в каждом чеке,
- c) проводят детальную СВЧ-радиометрическую съемку в чеках, имеющих среднюю влажность скин-слоя, обеспечивающую возможность проведения в них съемки микрорельефа,
- с построением по результатам данной съемки карт микрорельефа поверхности в данных чеках и
- d) формируют решения о начале агромелиоративных мероприятий для данных чеков.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100930A RU2621876C1 (ru) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100930A RU2621876C1 (ru) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2621876C1 true RU2621876C1 (ru) | 2017-06-07 |
Family
ID=59032300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016100930A RU2621876C1 (ru) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2621876C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112001121A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-27 | 公安部物证鉴定中心 | 基于太阳辐射的大面积平缓地区预测性土壤制图方法 |
US10996179B2 (en) | 2019-03-11 | 2021-05-04 | Skaha Remote Sensing Ltd. | System and method to detect ground moisture |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1482601A1 (ru) * | 1987-10-09 | 1989-05-30 | Конструкторско-Технологический Центр "Автоматизация И Метрология" | Способ определени удельной биомассы риса |
-
2016
- 2016-01-14 RU RU2016100930A patent/RU2621876C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1482601A1 (ru) * | 1987-10-09 | 1989-05-30 | Конструкторско-Технологический Центр "Автоматизация И Метрология" | Способ определени удельной биомассы риса |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Г.Г.Язерян. Мониторинг состояния водохозяйственных систем методом СВЧ-радиометрии (на примере орошаемых рисовых полей Кубани). Диссертация на соискание уч. степ. кандидата технических наук, Москва, 2000. Г.Г.Язерян. Комплексный аэрокосмический мониторинг водохозяйственных систем / Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2015, т.2, вып.2, стр.58-64. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10996179B2 (en) | 2019-03-11 | 2021-05-04 | Skaha Remote Sensing Ltd. | System and method to detect ground moisture |
CN112001121A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-27 | 公安部物证鉴定中心 | 基于太阳辐射的大面积平缓地区预测性土壤制图方法 |
CN112001121B (zh) * | 2020-08-25 | 2022-01-28 | 公安部物证鉴定中心 | 基于太阳辐射的大面积平缓地区预测性土壤制图方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhao et al. | Soil moisture experiment in the Luan River supporting new satellite mission opportunities | |
Jackson et al. | Large area mapping of soil moisture using the ESTAR passive microwave radiometer in Washita'92 | |
Fieuzal et al. | Combined use of optical and radar satellite data for the monitoring of irrigation and soil moisture of wheat crops | |
Neale et al. | Soil water content estimation using a remote sensing based hybrid evapotranspiration modeling approach | |
Coll et al. | Long-term accuracy assessment of land surface temperatures derived from the Advanced Along-Track Scanning Radiometer | |
Hasan et al. | Soil moisture retrieval from airborne L-band passive microwave using high resolution multispectral data | |
Krishnan et al. | Comparison of in-situ, aircraft, and satellite land surface temperature measurements over a NOAA Climate Reference Network site | |
Ye et al. | The soil moisture active passive experiments: Validation of the SMAP products in Australia | |
Zhang et al. | Soil moisture retrieval from AMSR-E data in Xinjiang (China): Models and validation | |
Su et al. | EAGLE 2006–Multi-purpose, multi-angle and multi-sensor in-situ and airborne campaigns over grassland and forest | |
Paruta et al. | A geostatistical approach to map near-surface soil moisture through hyperspatial resolution thermal inertia | |
Stroppiana et al. | Estimating crop density from multi-spectral uav imagery in maize crop | |
Zhao et al. | Triangle Space-Based Surface Soil Moisture Estimation by the Synergistic Use of $ In\Situ $ Measurements and Optical/Thermal Infrared Remote Sensing: An Alternative to Conventional Validations | |
RU2621876C1 (ru) | Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем | |
Wu et al. | Simulation of the SMAP data stream from SMAPEx field campaigns in Australia | |
Handique et al. | Hierarchical classification for assessment of horticultural crops in mixed cropping pattern using UAV-borne multi-spectral sensor | |
Panidi et al. | NDWI-based technique for detection of change dates of the growing seasons in Russian Subarctic | |
Boopathi et al. | Towards soil moisture retrieval using tower-based P-band radiometer observations | |
CN110658325B (zh) | 一种确定sm监测中lst/fvc空间的方法 | |
Senyurek et al. | Fusion of reflected GPS signals with multispectral imagery to estimate soil moisture at subfield scale from small UAS platforms | |
Fieuzal et al. | Estimation of sunflower yield using multi-spectral satellite data (optical or radar) in a simplified agro-meteorological model | |
Nasirzadehdizaji et al. | Application of sentinel-1 multi-temporal data for crop monitoring and mapping | |
Walker et al. | Evapotranspiration estimation using SMAP soil moisture products and bouchet complementary evapotranspiration over Southern Great Plains | |
Qiu et al. | Remotely monitoring evaporation rate and soil water status using thermal imaging and “three-temperatures model (3T Model)” under field-scale conditions | |
Rüdiger et al. | Validation of the level 1c and level 2 SMOS products with airborne and ground-based observations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190115 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200415 |