4.4. Спектральный образ как дешифровочный признак
Сельскохозяйственное производство связано с культивированием, в основном, травянистой растительности. В дистанционном изучении растительности можно выделить следующие основные направления:
изучение естественных кормовых угодий;
дешифрирование сельскохозяйственных культур, наблюдение за их развитием, прогнозирование урожайности;
обнаружение заболеваний и повреждений растений.
Современные возможности многозональной цифровой съёмки позволяют в значительной степени успешно решать задачи перечисленных направлений используя спектральные характеристики травяной растительности.
Спектральная характеристика отразившегося от растений излучения в интервале длин волн λλ = 0,4—2,6 мкм (Рис.31), зависит, в основном, от интенсивности поглощения радиации хлорофиллом в видимой области и водой в средней ИК (инфракрасной) зоне спектра, а также от интенсивности отражения, обусловленного особенностями гистологии листьев, в ближней ИК зоне λλ = 0,75—1,3 мкм.
Многочисленными исследованиями установлено, что спектральная отражательная способность здоровых зеленых травянистых растений различных видов мало варьирует. Типичный ход кривой КСЯ (коэффициентов спектральной яркости) растений показан на рис. 32.
Рис.32 Кривая коэффициентов спектральной яркости в зависимости от интенсивности поглощения радиации хлорофиллом
В
видимой области спектра происходит
наиболее интенсивная ассимиляция
лучистой энергии растениями. Максимум
поглощения
приходится на интервалы λλ = 0,40—0,47 мкм
в синей и λλ = 0,59—0,68 мкм в красной зонах
спектра, максимум отражения — в зеленой'
зоне с экстремумом около 0,54 мкм.
В ближней ИК зоне отражательная способность растений максимальна —40—50 % и более. Зависит она от структуры мезофилла листьев. Поскольку структурные межвидовые различия бывают существенны, то наибольшие различия КСЯ растений наблюдаются именно в этой зоне спектра.
Рис.33
Кривая коэффициентов
спектральной яркости в зависимости от
содержания влаги в листьях
Ход кривой КСЯ в средней зоне λλ = 1,3-2,6 мкм определяется интенсивностью поглощения радиации водой в интервалах с максимумами около 1,4; 1,9 и 2,6 мкм. Интегральный уровень отражения в этой зоне зависит от содержания влаги в листьях — зависимость обратная (рис. 33).
Фенологическая динамика растений, а также изменения, обусловленные дефицитом питательных веществ и воды, избыточной засоленностью почв, приводят к большей или меньшей трансформации исходной кривой КСЯ. По мере развития растений, пока окраска их определяется хлорофиллом, наблюдается некоторое снижение интенсивности отражения в видимой области спектра и увеличение в ближней ИК зоне. В период созревания культур и увядания, вследствие неблагоприятных условий произрастания, в формировании цветового аспекта растений начинают превалировать каротины, центофиллы (желтые пигменты) и антецианины (красные пигменты). Интенсивность отражения в видимой области спектра при этом увеличивается, ход кривой КСЯ выравнивается с постепенным повышением по мере увеличения λ и несколько уменьшается в области ближней ИК зоны.
Анализ спектральной отражательной способности растений в интервале λλ = 0,4—2,5 мкм и ее изменений во времени позволяет надеяться, что при правильном выборе параметров многозональной съемочной системы и сроков съемки можно решить ряд практических задач по определению вида растений и их состояния.
Большое практическое значение имеют исследования возможности дистанционного изучения сельскохозяйственных культур, особенно зерновых, оценка их состояния и развития, прогнозирование урожайности.
Одним из важнейших факторов, определяющих спектральную отражательную способность растительных покровов, является их морфология. Изучению морфологии, в основном применительно к культурной растительности, уделяется большое внимание в России и за рубежом (работы Ю. К. Росса, Г. К. Сюитса, Т. Р. Синклера, М. М. Шрайбера, Р. М. Хоффера и др.) Предполагается, что морфология полога — пространственное распределение листьев и их ориентация — изменяется в зависимости от сорта культуры, качества посева, условий произрастания, фенофазы и др. Если это так, то морфология полога может использоваться при оценке состояния посевов и прогнозировании урожайности.
Наиболее распространенным критерием морфологии полога является проективное покрытие (ПП) —процент закрытия почвы растительностью. За рубежом находит широкое применение иной критерий — индекс площади листьев (ИПЛ), выражающийся отношением площади листьев к площади их ортогональной проекции на землю. Оба критерия, как показали многочисленные исследования, тесно связаны с надземной биомассой, которая, в свою очередь, может использоваться при оценке ожидаемой урожайности культуры, например, зерна. Следовательно, через спектральную характеристику изучаемых культур можно прогнозировать урожайность.
Определение превышений на аэрофотоснимках
Продольные паралаксы точек на аэрофотоснимках
