Agrarian Bulletin of the Agrarian Bulletin of the Аграрный вестник Урала 1997-4868 2307-0005 70819 10.32417/1997-4868-2023-23-09-29-40 Агротехнологии Agrotechnology's Агротехнологии Provision of operational monitoring of agricultural crops with satellite data Обеспечение оперативного мониторинга сельскохозяйственных посевов спутниковыми данными Ерунова Марина Геннадьевна Erunova Marina Gennad'evna Кузнецова Анна Сергеевна Kuznecova Anna Sergeevna Якубайлик Олег Эдуардович Yakubailik Oleg Eduardovich oleg@icm.krasn.ru Институт вычислительного моделирования СО РАН Красноярск Россия Institute of Computational Modelling RAS SB Krasnoyarsk Russian Federation 12 10 2023 12 10 2023 23 09 29 40 12 10 2023 https://usau.editorum.ru/en/nauka/article/70819/view

Аннотация. Цель. Исследование направлено на обеспечение оперативного мониторинга посевов сельскохозяйственных культур спутниковыми данными. На примере опытно-производственного хозяйства (ОПХ) «Курагинское» Красноярского края рассмотрены данные о спектрально-отражательных свойствах сельскохозяйственных посевов и климатических характеристиках, отражающие состояние сельскохозяйственных посевов. Методы. По спутниковым данным были получены значения средней суточной температуры поверхности Земли, количество ежедневных осадков, тематические карты и средние значения индексов вегетации NDVI, ClGreen и MSAVI2. В качестве источников данных дистанционного зондирования Земли в работе использовались космические снимки спутников Sentinel-2, данные Terra MODIS (MOD11) и GPM (IMERG). Обработка исходной спутниковой информации проводилась в программном обеспечении QGIS. Результаты. Из открытых источников были подобраны спутниковые данные, составлены технологии их обработки и сформирован архив данных за вегетационные сезоны с 2015 по 2022 гг. Оперативный мониторинг по спутниковым данным позволяет выявлять неоднородность пространственного распределения растительного покрова, отслеживать динамику температур и количества выпавших осадков в течение вегетационного сезона, тем самым способствуя проведению комплексной оценки состояния всех сельскохозяйственных посевов в целом и индивидуально по каждому полю. Научная новизна. Разработана технология обработки данных Sentinel-2, Terra MODIS (MOD11), GPM (IMERG) и получения их производных продуктов на базе геоинформационной системы QGIS в автоматизированном режиме для задач агромониторинга. Практическая значимость. Cформированы наборы данных по вегетационным индексам, температуре и осадкам, которые имеют большое значение для принятия эффективных управленческих решений на территории ОПХ «Курагинское».

Abstract. Purpose. The study is aimed at providing operational monitoring of agricultural crops using satellite data. Data on the spectral-reflective properties of agricultural crops and climatic characteristics that reflect the state of agricultural crops are considered on the example of Kuraginskoye Agricultural Experiment Production Facility (AEPF), located in the south of the Krasnoyarsk krai. Methodology and methods. Based on satellite data, the values of the average daily temperature of the land surface, the sum of daily precipitation, thematic maps and the average values of the NDVI, ClGreen, and MSAVI2 vegetation indices were obtained. Satellite data from Sentinel-2, Terra MODIS and IMERG GPM Precipitation were used as sources of Earth remote sensing data. The initial satellite information was processed using the QGIS software. As a result, satellite data were selected from open sources, methods for their processing were compiled, and an archive of data for the growing seasons from 2015 to 2022 was formed. Operational monitoring using satellite data makes it possible to identify the heterogeneity of the spatial distribution of vegetation cover, track the dynamics of temperatures and the amount of precipitation during the growing season, thereby contributing to a comprehensive assessment of the state of all agricultural crops in general and individually for each field. Scientific novelty. The technology of processing Sentinel-2, Terra MODIS (MOD11), GPM (IMERG) data and obtaining their derived products based on the QGIS geoinformation system in automated mode for agricultural monitoring tasks has been developed. Practical significance. Data sets on vegetation indices, temperature and precipitation have been formed, which are of great practical importance for making effective management decisions on the territory of the Kuraginskoye AEPF.

 агромониторинг сельскохозяйственные посевы спутниковые данные вегетационные индексы климатические характеристики agromonitoring agricultural crops satellite data vegetation indices climatic characteristics

Страшная А. И., Береза О. В., Тарасова Л. Л., Максименкова Т. А., Шульгин И. А., Пурина И. Э., Чекулаева Т. С. Современное состояние и проблемы агрометеорологического обеспечения сельского хозяйства России // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2019. № 4 (374). С. 219-240. Strashnaya A. I., Bereza O. V., Tarasova L. L., Maksimenkova T. A., Shul'gin I. A., Purina I. E., Chekulaeva T. S. Sovremennoe sostoyanie i problemy agrometeorologicheskogo obespecheniya sel'skogo hozyaystva Rossii // Gidrometeorologicheskie issledovaniya i prognozy. 2019. № 4 (374). S. 219-240. Ерунова М. Г., Симакина А. С., Якубайлик О. Э. Создание базы данных для точного земледелия ОПХ «Курагинское» // Вестник КрасГАУ. 2022. № 1 (178). С. 13-20. DOI: 10.36718/1819-4036-2022-1-13-20. Erunova M. G., Simakina A. S., Yakubaylik O. E. Sozdanie bazy dannyh dlya tochnogo zemledeliya OPH «Kuraginskoe» // Vestnik KrasGAU. 2022. № 1 (178). S. 13-20. DOI: 10.36718/1819-4036-2022-1-13-20. Комаров А. А., Комаров А. А. Оценка состояния травостоя с помощью вегетационного индекса NDVI // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2018. № 51. С. 124-129. Komarov A. A., Komarov A. A. Ocenka sostoyaniya travostoya s pomosch'yu vegetacionnogo indeksa NDVI // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. № 51. S. 124-129. Ерошенко Ф. В., Сторчак И. Г., Чернова И. В. Оценка состояния растений методами экспресс-диагностики // Аграрный вестник Урала. 2019. № 7 186). С. 19-25. DOI: 10.32417/article_5d52af440f71b8.16701399. Eroshenko F. V., Storchak I. G., Chernova I. V. Ocenka sostoyaniya rasteniy metodami ekspress-diagnostiki // Agrarnyy vestnik Urala. 2019. № 7 186). S. 19-25. DOI: 10.32417/article_5d52af440f71b8.16701399. Трошко К. А., Денисов П. В., Дунаева Е. А., Лупян Е. А., Плотников Д. Е., Толпин В. А. Особенности развития озимых сельскохозяйственных культур на юге европейской части России весной 2022 г. по данным дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 261-267. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-261-267. Troshko K. A., Denisov P. V., Dunaeva E. A., Lupyan E. A., Plotnikov D. E., Tolpin V. A. Osobennosti razvitiya ozimyh sel'skohozyaystvennyh kul'tur na yuge evropeyskoy chasti Rossii vesnoy 2022 g. po dannym distancionnogo monitoringa // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2022. T. 19. № 2. S. 261-267. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-261-267. Линков С. А., Акинчин А. В., Донченко И. С., Попов А. А. Использование методов дистанционного зондирования для оценки состояния посевов сельскохозяйственных культур // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2018. № 3 (19). С. 92-98. Linkov S. A., Akinchin A. V., Donchenko I. S., Popov A. A. Ispol'zovanie metodov distancionnogo zondirovaniya dlya ocenki sostoyaniya posevov sel'skohozyaystvennyh kul'tur // Innovacii v APK: problemy i perspektivy. 2018. № 3 (19). S. 92-98. Степанов А. С., Асеева Т. А., Дубровин К. Н. Влияние климатических характеристик и значений вегетационного индекса NDVI на урожайность сои (на примере районов Приморского края) // Аграрный вестник Урала. 2020. № 1 (192). С. 10-19. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-192-1-10-19. Stepanov A. S., Aseeva T. A., Dubrovin K. N. Vliyanie klimaticheskih harakteristik i znacheniy vegetacionnogo indeksa NDVI na urozhaynost' soi (na primere rayonov Primorskogo kraya) // Agrarnyy vestnik Urala. 2020. № 1 (192). S. 10-19. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-192-1-10-19. Ерошенко Ф. В., Барталев С. А., Лапенко Н. Г., Самофал Е. Б., Сторчак И. Г. Возможности дистанционной оценки состояния и степени деградации природных кормовых угодий // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 7. С. 53-66. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-7-53-66. Eroshenko F. V., Bartalev S. A., Lapenko N. G., Samofal E. B., Storchak I. G. Vozmozhnosti distancionnoy ocenki sostoyaniya i stepeni degradacii prirodnyh kormovyh ugodiy // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2018. T. 15. № 7. S. 53-66. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-7-53-66. Белоусова А. П., Брыжко И. В. Анализ зарастания сельскохозяйственных угодий на территории Пермского края по спутниковым снимкам Landsat // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2021. Т. 27. № 4. С. 150-161. DOI: 10.35595/2414-9179-2021-4-27-150-161. Belousova A. P., Bryzhko I. V. Analiz zarastaniya sel'skohozyaystvennyh ugodiy na territorii Permskogo kraya po sputnikovym snimkam Landsat // InterKarto. InterGIS. 2021. T. 27. № 4. S. 150-161. DOI: 10.35595/2414-9179-2021-4-27-150-161. Segarra J., Araus J. L., Kefauver S. C. Farming and Earth Observation: Sentinel-2 data to estimate within-field wheat grain yield // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2022. Vol. 107. Article number 102697. DOI: 10.1016/j.jag.2022.102697. Segarra J., Araus J. L., Kefauver S. C. Farming and Earth Observation: Sentinel-2 data to estimate within-field wheat grain yield // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2022. Vol. 107. Article number 102697. DOI: 10.1016/j.jag.2022.102697. Blickensdörfer L., Schwieder M., Pflugmacher D., Nendel C., Erasmi S., Hostert P. Mapping of crop types and crop sequences with combined time series of Sentinel-1, Sentinel-2 and Landsat 8 data for Germany // Remote Sensing of Environment. 2022. Vol. 269. Article number 112831. DOI: 10.1016/j.rse.2021.112831. Blickensdörfer L., Schwieder M., Pflugmacher D., Nendel C., Erasmi S., Hostert P. Mapping of crop types and crop sequences with combined time series of Sentinel-1, Sentinel-2 and Landsat 8 data for Germany // Remote Sensing of Environment. 2022. Vol. 269. Article number 112831. DOI: 10.1016/j.rse.2021.112831. Yakubailik O. E., Yakubailik T. V. Analysis of accumulated precipitation based on satellite data in Central Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 548. Article number 32025. DOI: 10.1088/1755-1315/548/3/032025. Yakubailik O. E., Yakubailik T. V. Analysis of accumulated precipitation based on satellite data in Central Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 548. Article number 32025. DOI: 10.1088/1755-1315/548/3/032025. Воронина П. В. Динамика температуры поверхности Новосибирской области по данным дистанционного зондирования в XXI веке // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2022. Т. 4. С. 31-39. DOI: 10.33764/2618-981X-2022-4-31-39. Voronina P. V. Dinamika temperatury poverhnosti Novosibirskoy oblasti po dannym distancionnogo zondirovaniya v XXI veke // Interekspo Geo-Sibir'. 2022. T. 4. S. 31-39. DOI: 10.33764/2618-981X-2022-4-31-39. Eck M. A., Murray A. R., Ward A. R., Konrad C. E. Influence of growing season temperature and precipitation anomalies on crop yield in the southeastern United States // Agricultural and Forest Meteorology. 2020. Vol. 291 Article number 108053. DOI: 10.1016/j.agrformet.2020.108053. Eck M. A., Murray A. R., Ward A. R., Konrad C. E. Influence of growing season temperature and precipitation anomalies on crop yield in the southeastern United States // Agricultural and Forest Meteorology. 2020. Vol. 291 Article number 108053. DOI: 10.1016/j.agrformet.2020.108053. Головинов Е. Э., Васильева Н. А. Сравнение многолетних метеорологических характеристик по данным реанализа и наземных наблюдений на территории Московской области // Мелиорация и гидротехника. 2022. Т. 12. № 3. С. 92-105. DOI: 10.31774/2712-9357-2022-12-3-92-105. Golovinov E. E., Vasil'eva N. A. Sravnenie mnogoletnih meteorologicheskih harakteristik po dannym reanaliza i nazemnyh nablyudeniy na territorii Moskovskoy oblasti // Melioraciya i gidrotehnika. 2022. T. 12. № 3. S. 92-105. DOI: 10.31774/2712-9357-2022-12-3-92-105. Ботвич И. Ю., Емельянов Д. В., Ларько А. А., Мальчиков Н. О., Ивченко В. К., Демьяненко Т. Н., Шевырногов А. П. Оценка пространственного распределения урожайности ярового ячменя (Красноярский край) по наземным и спутниковым спектрофотометрическим данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 183-193. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-183-193. Botvich I. Yu., Emel'yanov D. V., Lar'ko A. A., Mal'chikov N. O., Ivchenko V. K., Dem'yanenko T. N., Shevyrnogov A. P. Ocenka prostranstvennogo raspredeleniya urozhaynosti yarovogo yachmenya (Krasnoyarskiy kray) po nazemnym i sputnikovym spektrofotometricheskim dannym // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2019. T. 16. № 5. S. 183-193. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-183-193. Erunova M. G., Yakubailik O. E., Yakubaylik T. V. Analysis of the temperature regime of basin geosystems of the Krasnoyarsk Territory using MODIS satellite images and ground-based data // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Article number 52026. DOI: 10.1088/1757-899X/862/5/052026. Erunova M. G., Yakubailik O. E., Yakubaylik T. V. Analysis of the temperature regime of basin geosystems of the Krasnoyarsk Territory using MODIS satellite images and ground-based data // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Article number 52026. DOI: 10.1088/1757-899X/862/5/052026. Анисимов А. Е., Ефимов В. В., Львова М. В. Верификация данных дистанционного зондирования GPM IMERG и количественные оценки атмосферных осадков в Крымском регионе в теплое время года // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37. № 4 (220). С. 490-504. DOI: 10.22449/0233-7584-2021-4-490-504. Anisimov A. E., Efimov V. V., L'vova M. V. Verifikaciya dannyh distancionnogo zondirovaniya GPM IMERG i kolichestvennye ocenki atmosfernyh osadkov v Krymskom regione v teploe vremya goda // Morskoy gidrofizicheskiy zhurnal. 2021. T. 37. № 4 (220). S. 490-504. DOI: 10.22449/0233-7584-2021-4-490-504.