University of Illinois forskare, med hjälp av medlemmar i Illinois Corn Growers Association, har utvecklat en ny, skalbar metod för att uppskatta grödans produktivitet i realtid. Forskningen, publiceras i Fjärranalys av miljön , kombinerar fältmätningar, ett unikt kameranätverk på fältet, och högupplöst, högfrekventa satellitdata, ger mycket exakta produktivitetsuppskattningar för grödor över hela Illinois och utanför.

"Vårt slutmål är att tillhandahålla användbar information till bönder, speciellt på fältnivå eller underfältsnivå. Tidigare, de flesta tillgängliga satellitdata hade grov rumslig och/eller tidsupplösning, men här drar vi nytta av nya satellitprodukter för att uppskatta bladareaindex (LAI), en proxy för grödans produktivitet och spannmålsutbyte. Och vi vet att satellituppskattningarna är korrekta eftersom våra markmätningar överensstämmer, " säger Hyungsuk Kimm, en doktorand vid Institutionen för naturresurser och miljövetenskap (NRES) vid U av I och huvudförfattare på studien.

Kimm och hans kollegor använde ytreflektansdata, som mäter ljus som studsar från jorden, från två typer av satelliter för att uppskatta LAI i jordbruksfält. Båda satellitdatauppsättningarna representerar stora förbättringar jämfört med äldre satellitteknologier; de kan "se" jorden i en fin skala (3-meters eller 30-meters upplösning) och båda återvända till samma plats ovanför planeten dagligen. Eftersom satelliterna inte fångar LAI direkt, forskargruppen utvecklade två matematiska algoritmer för att omvandla ytreflektans till LAI.

Under utvecklingen av algoritmerna för att uppskatta LAI, Kimm arbetade med Illinois-bönder för att sätta upp kameror i 36 majsfält över hela staten, ger kontinuerlig övervakning på marknivå. Bilderna från kamerorna gav detaljerad markinformation för att förfina de satellitbaserade uppskattningarna av LAI.

Det sanna testet av satellituppskattningarna kom från LAI-data Kimm mätte direkt i majsfälten. Två gånger i veckan under växtsäsongen 2017, han besökte fälten med ett specialiserat instrument och mätte majsbladsyta för hand.

I slutet, satellit-LAI-uppskattningarna från de två algoritmerna överensstämde starkt med Kimms "marksannings"-data från fälten. Detta resultat innebär att algoritmerna levereras mycket exakta, tillförlitlig LAI-information från rymden, och kan användas för att uppskatta LAI i fält var som helst i världen i realtid.

"Vi är de första att utveckla skalbara, högtidlig, högupplösta LAI-data för bönder att använda. Dessa metoder har validerats fullt ut med hjälp av ett aldrig tidigare skådat kameranätverk för jordbruksmark, säger Kaiyu Guan, biträdande professor vid institutionen för NRES och Blue Waters professor vid National Center for Supercomputing Applications. Han är också huvudutredare för studien.

Att ha LAI-data i realtid kan vara avgörande för responsiv hantering. Till exempel, satellitmetoden skulle kunna upptäcka underpresterande fält eller segment av fält som skulle kunna korrigeras med målinriktade förvaltningsmetoder såsom näringshantering, applicering av bekämpningsmedel, eller andra strategier. Guan planerar att göra realtidsdata tillgänglig för bönder inom en snar framtid.

"Den nya LAI-teknologin som utvecklats av Dr Guans forskargrupp är ett spännande framsteg med potential att hjälpa bönder att identifiera och reagera på problem i fält snabbare och mer effektivt än någonsin tidigare, " säger Laura Gentry, chef för vattenkvalitetsforskning för Illinois Corn Growers Association.

"Mer exakta mätningar av LAI kan hjälpa oss att bli mer effektiva, i god tid, och fatta beslut som i slutändan kommer att göra oss mer lönsamma. De senaste åren har varit särskilt svåra för bönderna. Vi behöver teknik som hjälper oss att allokera vår begränsade tid, pengar, och arbeta mest klokt. Illinois Corn Growers Association är glada att samarbeta med Dr. Guans team, och våra bondemedlemmar hjälpte gärna forskarna med tillgång till deras grödor med att validera lagets arbete. Vi är stolta över det framsteg som denna nya teknik representerar och är glada över att se hur Guans forskarteam kommer att använda den för att ge värde direkt till Illinois-bönderna, ", tillägger Gentry.