Дроны и спутниковая агроаналитика

Дистанционное зондирование поля начинается с физического факта, а не с алгоритма. Хлорофилл сильно поглощает в синей и красной областях, оставляя провал отражения около 670 нм; клеточные стенки мезофилла и воздушные полости внутри листа, наоборот, почти не поглощают за пределами 750 нм и рассеивают ближний инфракрасный, отражая его на уровне 40–50 %. Между этими двумя режимами отражение растёт почти вертикально на участке 700–730 нм — это красный край, самый информативный участок спектра растительности. Здоровый плотный полог даёт глубокий красный провал и высокое инфракрасное плечо; разреженный, увядший или хлорозный — сглаживает и то и другое.

Нормализованный разностный вегетационный индекс NDVI и есть простейшая запись этого контраста: разность инфракрасного и красного, делённая на их сумму. Нормировка гасит часть влияния освещённости и угла съёмки, поэтому индекс сравним между снимками лучше, чем сами каналы.

Где он перестаёт работать

Ограничение вытекает из той же физики. Красное поглощение насыщается: уже при индексе листовой поверхности порядка трёх верхние листья перехватывают почти весь красный свет, и добавление ещё одного яруса ничего не меняет в этом канале. NDVI выходит на плато и перестаёт различать хороший полог и очень хороший — ровно в фазу, когда нужны решения по азоту в зерновых. Индексы на красном крае (NDRE и родственные) насыщаются позже, потому что край смещается по длине волны с ростом содержания хлорофилла, а не только по амплитуде.

Второе ограничение — смешанный пиксель. Спутниковый пиксель в 10 метров содержит и растение, и почву, и тень; отражение почвы меняется с влажностью и цветом, и на ранних фазах развития вклад почвы может превосходить вклад культуры.

Разрешение, периодичность, облака

Выбор носителя — это компромисс трёх величин. Открытая спутниковая съёмка Sentinel-2 даёт 10 метров и повторение раз в несколько суток; Landsat — 30 метров и 16 суток; коммерческие группировки — метры при ежедневном покрытии. Всё это оптика, а значит, облачность вычёркивает даты, причём именно в дождливые периоды, когда болезни развиваются быстрее всего. Радар (Sentinel-1) сквозь облака видит, но измеряет структуру и влажность, а не хлорофилл, — это другая величина, а не запасной вариант.

Беспилотник снимает по требованию и с сантиметровым разрешением, различая отдельные растения и потому пригодный для подсчёта всходов и точечной обработки. Платит он за это охватом и радиометрией: за вылет покрываются десятки гектаров, а сопоставимость снимков требует калибровочной панели и учёта угловой зависимости отражения.

Индекс — не решение

Главное, что связывает всё это со страницей о точном земледелии: индекс — прокси. Он не измеряет ни азот, ни урожай. Переход к норме внесения требует локальной калибровки — чаще всего эталонной полосы с заведомо избыточным азотом, относительно которой считывается относительный дефицит остального поля. Без такой привязки карта индекса красива и агрономически пуста.