Сервіси супутникового моніторингу для аграріїв

Стартапи та програмні продукти з аналізу супутникових знімків стають джерелами нової, корисної для аграрії інформації. Вони знижують поріг входження в точне землеробство та знайомлять їх із новими інструментами планування та управління агрогосподарськими процесами.

Усі наявні ресурси можна умовно поділити на три типи:

1. Сайти дослідних організацій (Європейське космічне агентство, Геологічна служба США і т. д.);
2. Спеціалізовані аграрні сервіси надають аналітику на основі обробки знімків дослідних супутників (OneSoil, EOS Crop Monitoring, Agromonitoring, Farmers Edge);
3. Комерційні компанії з власними супутниками (Planet Labs).

Сайти дослідних організацій

Знімки дослідних супутників знаходяться у відкритому доступі, їх можна завантажити безкоштовно. Необхідно зайти на сайт космічного агентства, авторизуватися, і користувач отримує доступ до знімків. У рамках програми Landsat від NASA зйомка проводиться з 1972 року. Зараз здійснюється дослідним супутником Landsat-8 (виведений на орбіту в 2013 році). 

Європейська програма Copernicus запущена в 1998 році Європейським космічним агентством (ESA). Перший супутник Sentinel-1А був запущений у квітні 2014 року, а супутник серії Sentinel-2 (для моніторингу поверхні Землі) — в червні 2015. Доступні для завантаження не тільки актуальні знімки, але й архівні.

Однак на цих ресурсах аграрій отримає тільки знімки, але не аналітику, без якої вони — тільки красиві картинки. Так супутник Sentinel здійснює зйомку в 13 спектральних каналах, лише 3 з яких знаходяться у видимій частині спектру. Роздільна здатність знімків 10 м/піксель у видимому і ближньому інфрачервоному спектрі, 20-60 м/піксель в інших спектральних каналах. На основі цих знімків аграрій може оцінити гомогенність поля, отримати певну інформацію про орієнтовну площу земельного банку. Але це — лише незначна частина потенціалу використання цих даних.

На сайтах є алгоритми, як користуватися картами, інтерпретувати дані зйомки і розраховувати показники вегетації та інші характеристики рослин. Однак звичайному аграрію не вистачає необхідних знань та умінь, щоб отримати цю інформацію самостійно.

Також для самостійної роботи аграрію необхідна ГІС. Приклад безкоштовних продуктів — QGIS, ГІС SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses). Системи працюють із растровими картами, в них можна розраховувати різні індекси, здійснювати моніторинг полів. Це може бути зручно, коли у підприємства є векторизовані контури полів, або якщо великий земельний банк “розкиданий” по різних сільрадах. Але так чи інакше все впирається в наявність кваліфікованих фахівців.

Аналітику на основі обробки знімків супутників ДЗЗ клієнтам надають аграрні сервіси.

Спеціалізовані аграрні сервіси

Умовно безкоштовні аграрні сервіси з різними системами монетизації відрізняються алгоритмами обробки знімків і набором вихідних даних, які вони надають клієнтам.

Деякі позиціонують себе, як маркетплейс із безкоштовним базовим функціоналом і продажем платних додатків для аграрія (OneSoil). Інші вводять тарифікацію, що залежить від площі земельного банку, і безкоштовні для малих агровиробників (канадський GeoPard — безкоштовно для земельного банку до 200 га).

Після авторизації користувач може переглядати цікаві йому регіони. На багатьох сервісах доступна функція вибору конкретних полів для моніторингу (CropSAT, Cropio, OneSoil, Geopard), на інших необхідно обводити зону інтересів вручну (Agromonitoring).

GeoPard Agriculture 

Компанії застосовують для обробки знімків різні вегетаційні індекси. Користувачі можуть замовити дані місцевих метеостанцій (температура, кількість опадів, ймовірність випадання опадів, короткостроковий прогноз погоди).

Аналітика зазвичай включає карти NDVI, вологості, хімічного складу (наявність фосфору, азоту, калію). Дані хімічного складу ґрунту не точні і не замінюють необхідність виконання агрохімічного аналізу ґрунту. Але за взаємопов’язаними показниками відбивної здатності рослин у різних діапазонах спектру можуть допомогти визначити причину їхнього стресового  стану, що проявляється у вигляді дефіциту того чи іншого макроелемента.

Вимірявши динаміку змін кількісних показників біомаси, можна оцінити втрати врожаю від несприятливих природних факторів (урагану, граду, зливи, нічних заморозків), отримати інформацію про якість виконання технологічних операцій (сівби, поливу, внесення добрив).

Інформація надається в інтервалі проведення зйомки супутниками ДЗЗ. Зазвичай це 5, 7, 10 днів, залежно від хмарності. Хмари вносять похибку у вимірювання через свою відбивну здатність, і знімки з хмарами не можуть використовуватися для обробки. Вбудовані функції дозволяють вирізати хмари зі знімків і виконувати аналіз вільної частини знімка.

Функціонал сервісів дозволяє виконувати моніторинг посівів без залучення спеціальної техніки (БПЛА) і спеціальних навичок. Однак покладатися лише на цей інструмент не можна. Це деякий первинний аналіз для визначення проблемних зон, але за ним повинні слідувати польовий моніторинг, зйомка за допомогою дронів, агрохіманаліз.

Комерційні компанії з власними супутниками

Є й компанії, які надають аналітику на основі обробки знімків власних високоточних супутників. Одне з найбільших сузір’їв супутників сьогодні — у компанії Planet Labs. Воно налічує близько 170 супутників на низькій навколоземній орбіті (в межах 400-450 км), які забезпечують повне покриття земної поверхні щодоби.

Це малі супутники (габарити близько 20 см) з коротким терміном експлуатації (близько 5 років). Але вони мають високу роздільну здатність 3-4 м/піксель і ведуть зйомку в 4 спектральних каналах: три у видимому спектрі і один — у ближньому інфрачервоному.

Їх можна використовувати для моніторингу щоденних польових робіт. Можна отримати карту NDVI, активності біомаси, наявність пропусків у роботі техніки, якість і хід виконання операцій.

Обмеженість спектральних каналів для зйомки унеможливлює виконання аналізу індексу вологості, складання карт теплових зон, але основну інформацію про посіви аграрій отримає. В найближчому майбутньому компанія планує запускати нові супутники з додатковими каналами зйомки.

Використання сервісу Planet Labs та інших подібних сервісів коштує дорого і великим агрохолдингам обійдеться в сотні тисяч, а то і мільйони доларів. Однак функціонал сервісу можна протестувати протягом періоду ознайомчого використання, після чого прийняти рішення. Для господарства з малим земельним банком це може бути ефективним інструментом щоденного моніторингу та управління агроопераціями.

Особливості функціоналу різних ресурсів

Крім традиційного функціоналу, компанія OneSoil надає можливість створювати на сайті карти-завдання для агротехніки. Наприклад, на основі вмісту макроелементів можна створити карту диференційованого внесення добрив. Для зручності користувачів на сайті є перелік виробників бортових комп’ютерів, які читають вихідний формат файлів.

EOS Crop Monitoring

Також компанії OneSoil і EOS Crop Monitoring розробили класифікацію посівів на основі знімків супутника Sentinel 2. Вони навчили нейронну мережу класифікувати культури на всіх полях залежно від відображення (NDVI). Роздільної здатності зйомки не достатньо для 100% правильного визначення, але компанії домоглися 80-95% точності. Це дозволяє проаналізувати, які культури вирощуються в регіоні, що вирощують конкуренти, порівняти прогнозовану врожайність ваших полів із полями конкурентів (EOS Crop Monitoring).

Такий аналіз може допомогти спрогнозувати попит на продукцію, ціновий діапазон, проаналізувати ринок і т. д.

Сьогодні більшість українських компаній тією чи іншою мірою вже використовують знімки супутників ДЗЗ в якості джерел інформації про свої посіви. Деякі користуються найпростішими ресурсами (Google Maps) для картографування полів господарства, уточнення оброблюваних площ. Однак мало хто використовує можливості цих ресурсів повністю, коли розробники щорічно намагаються розширювати функціонал своїх рішень.

Микола Червак, аналітик даних, SmartFarming