Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем

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.

 

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:

æср = æi,

где N - количество точек (квадратов) в данном чеке.

Определяют разности

Δæi = æiср.

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).

А коэффициент неровности поверхности каждого чека определяют выражением

Кнр=Δæсрср , где Δæср = |∆æi|,

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 ТАср≈ 285 К; участки Б с ТБсрАср+2,5 К; участки В с ТВср = ТАср+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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля участков нарушения вечной мерзлоты в Арктической зоне. Сущность: система включает средства дистанционного зондирования подстилающей поверхности, размещенные на высокоширотном космическом носителе (1), Центр (10) тематической обработки, автономные измерители (14) приземной концентрации метана, центральный диспетчерский пункт (17).

Способ определения расстояния при помощи камеры основан на том, что получают один видеокадр, получают калибровочные характеристики камеры, выделяют на кадре объект, до которого измеряют расстояние.

Изобретение относится к акустике, в частности к средствам распознавания птиц. Устройство содержит распределенные системы камер и микрофонов, размещенные на периферийных постах, и связанный с ними центральный процессор для определения координат объекта по изображениям с них.

Изобретение относится к способам дистанционных исследований морских акваторий и может быть использовано для определения загрязнения морской поверхности. Сущность: по трассам, содержащим тестовые участки, проводят дистанционное зондирование морской поверхности автодинным радиоволновым измерителем, установленным на авиационном носителе.

Изобретение относится к области получения топографической информации о рельефе земной поверхности по данным аэрофотосъемки и лазерного сканирования местности с борта воздушного судна, в частности к мониторингу участков трассы магистрального нефтепровода (МН) для выявления признаков экзогенных геологических процессов (ЭГП) и фиксации их границ.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при опознавании фотографируемых с космического аппарата (КА) объектов. Технический результат изобретения заключается в оперативном, надежном и точном опознавании любых фотографируемых объектов даже при неизвестной ориентации съемочной системы.

Изобретение относится к области аэрокосмической съемки, в частности для проведения аэрофотосъемных, геодезических, фотограмметрических, земельно-кадастровых и картографических работ.

Изобретение относится к способам дистанционных исследований ледников и может быть использовано для определения мест возможного образования айсбергов выводных ледников.

Изобретение относится к области геодезии для межевания и определения границ земельных участков, в частности для создания геодезических сетей различного назначения на основе использования системы спутниковой навигации.

Измерительное приспособление для автоматического трехмерного обмера помещения содержит съемочный аппарат, выполненный с возможностью получения видеоизображений низкого разрешения.

Изобретения относятся к области сельского хозяйства, в частности к технологии возделывания риса. Способ включает применение сениканта для ускорения созревания в виде раствора сульфата марганца, Mn 400 г/га д.в., в фазе молочно-восковой спелости зерна.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, почвоведения и мелиорации. Способ включает полив по системе кротового дренажа, затопление рисовых чеков, скашивание риса в валки с двух-трехкратным обмолотом валков с оставлением рисовой соломы на поверхности чека.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к возделыванию суходольного риса и промежуточных культур рисового севооборота преимущественно на тяжелых засоленных почвах.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам выращивания риса. Способ включает внекорневую обработку посевов риса в фазу кущения (5-6 листьев).
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологии возделывания риса. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано на рисовых оросительных системах. .
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к возделыванию риса. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к подготовке почвы к посеву риса. .

Изобретение относится к области сельского хозяйства и мелиорации. .

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к мелиорации. .

Способ наблюдения наземных объектов с движущегося по околокруговой орбите космического аппарата (КА) относится к области дистанционного мониторинга природных и техногенных процессов. Способ наблюдения наземных объектов с движущегося по околокруговой орбите КА включает определение текущих параметров орбиты, съемку с КА объектов в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени, и определение скорости изменения состояния объектов по получаемым изображениям. При этом дополнительно корректируют орбиту КА, изменяя ее высоту в выделенных пределах до значения, при котором для каждого исследуемого объекта аргументы широты , подсолнечной точки орбиты на моменты времени начала и окончания требуемого интервала наблюдения объекта, соответственно, определяются соотношениями ,где В - широта объекта,hS - требуемая минимальная высота Солнца над объектом при его наблюдении,ι>0 - наклонение орбиты,β - угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты,для каждого исследуемого объекта, начиная с момента равенства высоты Солнца над объектом значению hS при ее увеличении, выполняют съемку объекта в моменты, взятые через задаваемый интервал времени, выбираемый из условия определения изменения состояния объекта по получаемым изображениям, после чего выполняют съемку объекта через промежутки времени, отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки объекта, начинающиеся временем, выбираемым из условия определения изменения состояния объекта по получаемым изображениям, и оканчивающиеся уменьшенным на задаваемое время прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем до достижения критического состояния объекта. Технический результат заключается в формировании околокруговой орбиты КА для наблюдения с КА наземных объектов с учетом времени для подготовки к их критическим состояниям.
Наверх