Самарский гиперспектрометр для наноспутников выявляет стресс у растений на Земле
Первый отечественный гиперспектрометр для наноспутников формата CubeSat (кубсат), разработанный учеными Самарского университета им. Королёва и Института систем обработки изображений (ИСОИ) РАН, в ходе испытаний в космосе успешно решил поставленные задачи, показав свои возможности по получению данных, используемых в сфере умного земледелия.
- В ходе летных испытаний, проходящих сейчас на борту наноспутника SXC3-219 ИСОИ (формат наноспутника 3U, U=10х10х10), наш гиперспектрометр продемонстрировал свой потенциал по перспективному применению в сфере умного земледелия, это означает, что гиперспектральные камеры подобных размеров и данной конструкции можно будет эффективно использовать в интересах сельскохозяйственной отрасли, - рассказал профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета им. Королёва доктор физико-математических наук Роман Скиданов. - Конечно, в силу компактности наноспутника передача данных на Землю ведется в УКВ-диапазоне, что существенно снижает объем и детализацию получаемых данных в отличие от больших спутников. Тем не менее, результаты четырех месяцев эксперимента на орбите подтверждают, что данный гиперспектрометр позволяет нам получать данные, которых вполне достаточно для определения спектральных вегетационных индексов, применяемых в сельском хозяйстве для решения задач умного земледелия.
Вегетационные индексы - всего их более 150 - высчитываются на основе спектральных данных и показывают самые различные параметры и свойства растений, необходимые сельхозпроизводителю для правильного ухода за посевами культур. В зависимости от своего состояния, количества витаминов и влаги, температуры окружающей среды и других факторов растения по-разному поглощают и отражают электромагнитные волны в разных диапазонах, в разных спектрах. Сопоставляя эти данные в едином комплексе с помощью мульти- или гиперспектральной съемки, можно дистанционно, оперативно и более точно оценивать состояние посевов той или иной культуры, не отправляя выборочно на лабораторный анализ отдельные растения или образцы почвы.
По словам Романа Скиданова, снимки, полученные в ходе эксперимента с самарского гиперспектрометра, позволили, например, определить участки озимых посевов с наибольшей зеленой массой, с высоким количеством хлорофилла, а также проверить сельхозугодья, попавшие в объектив гиперспектрометра, на наличие проблемных посевов. Данные показали уровень запасов влаги в растениях и помогли рассчитать вегетационный индекс, моделирующий будущую продуктивность растений, то есть, дающий предварительный прогноз урожайности.
Еще один рассчитанный индекс оценил физиологическое состояние растений с точки зрения наличия у них стресса. Как известно, стресс бывает и у растений, его вызывают неблагоприятные явления - засуха или переизбыток влаги, сильный ветер, перепады температур, внезапные заморозки, нашествие насекомых-вредителей. Из-за стресса в растениях происходят метаболические изменения, с помощью гиперспектрометра эти изменения можно выявить и из космоса.
"Гиперспектральные данные с наноспутника можно принимать самостоятельно, с помощью УКВ-радиостанций, или получать данные через Институт систем обработки изображений РАН. Разумеется, следует понимать, что этот космический аппарат с гиперспектральной камерой нужно рассматривать как демонстратор технологии, за ним последуют запуски более совершенных, возможно, даже серийных моделей компактного гиперспектрометра для кубсатов различных конфигураций. Кроме того, данный эксперимент безусловно важен с образовательной точки зрения - школьники, участвующие в программе Space-Pi, получают практические навыки по работе с космическими гиперспектральными данными", - подчеркнул Роман Скиданов.
Справка
Самарский национальный исследовательский университет им. С.П. Королева является активным участником научно-образовательного центра мирового уровня "Инженерия будущего", который был создан по инициативе Губернатора Самарской области Дмитрия Азарова и стал центром притяжения научных школ и промышленных предприятий целого ряда субъектов страны. Деятельность НОЦ сосредоточена на развитии пяти направлений, среди которых двигательные и топливные системы нового поколения, искусственный интеллект, умные транспортные системы, аэрокосмические технологии, сектор новых инженерных компетенций, включая хайтек-медицину и цифровое сельское хозяйство. Стоит также напомнить, 2022-2031 годы в России объявлены Десятилетием науки и технологий.
- Совершенно очевидно, что без пристального, фокусированного внимания к научным изысканиям, к вопросам создания условий для молодых ученых, внедрения современных разработок, говорить о том, что регион и страна в целом будет развиваться опережающими темпами, просто невозможно, - уверен Губернатор Самарской области Дмитрий Азаров. - И идея создания научно-образовательных центров, выдвинутая президентом страны Владимиром Владимировичем Путиным, на мой взгляд, имела решающее значение. Конечно, колоссальный импульс развития научным разработкам, инновациям во многом связан с этим.