ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΗ ΧΡΗΣΗ GIS, GPS ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ

Transcript

1 ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΗ ΧΡΗΣΗ GIS, GPS ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ Γεωργία Ζέρβα, Λεωνίδας Τούλιος, Χαράλαμπος Κραβαρίτης και Αλέξανδρος Τσιτούρας Περίληψη Εθνικό Ίδρυμα Αγροτικών Ερευνών (ΕΘ.Ι.Α.ΓΕ) Ινστιτούτο Χαρτογράφισης και Ταξινόμησης Εδαφών Λάρισας (Ι.Χ.Τ.Ε.Λ) Μια ομάδα του ΕΘ.Ι.ΑΓ.Ε (Εθνικό Ίδρυμα Αγροτικών Ερευνών) και του Ο.Π.Ε.Κ.Ε.Π.Ε (Οργανισμός Πληρωμών και Ελέγχου Κοινοτικών Ενισχύσεων) υλοποίησαν το πρόγραμμα Έλεγχος της καλλιέργειας του βαμβακιού. Ο σκοπός του προγράμματος ήταν να αναπτύξει και να δοκιμάσει μια μέθοδο που να εντοπίζει και να μετρά τις υπερβαίνουσες εκτάσεις της καλλιέργειας του βαμβακιού σε επιλεγμένες περιοχές της Ελλάδος. Το πρόγραμμα βασίστηκε στον επιτόπιο έλεγχο και τα δορυφορικά δεδομένα και προσδιόρισε μια ακριβή μέθοδο με την οποία μπορούν να παραχθούν έγκαιρα, ακριβή δεδομένα τόσο σε περιφερειακό επίπεδο όσο και σε εθνικό. SPECIAL USE GIS, GPS AND REMOTE SENSING IN THE CONTROL OF AGRICULTURE CROP Georgia Zerva, Leonidas Toulios, Charalampos Kravaritis and Alexandros Tsitouras Abstract National agriculture research foundation (NAGREF) Institute of Soil Classification and Mapping (I.X.T.E.L) A team consisting of NAGREF (National agriculture research foundation ) and OPEKEPE (Payment and control Agencny for Guidance and Guaranty Community Aid) are carrying out the project Cotton crop acreage control. The project aims to develop and test a methodology to locate and measure the exceeded area of cotton grown in selected areas in Greece, based on ground controls and satellite optical data, and to define a method by which accurate and timely regional and national statistics can be derived. Λέξεις Κλειδιά: GPS, GIS, τηλεπισκόπιση Key words: GPS, GIS, remote sensing 1. Εισαγωγή Στην προσπάθειά του το Υπουργείο Γεωργίας να ελέγξει αποτελεσματικά την κατανομή των κοινοτικών ενισχύσεων για τα αγροτικά προϊόντα και στο κατά πόσο αυτά που δηλώνουν οι παραγωγοί ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα εφάρμοσε για ορισμένες περιοχές της χώρας σε συνεργασία με Ινστιτούτο Χαρτογράφησης και Ταξινόμησης Εδαφών Λαρίσης (Ι.Χ.Τ.Ε.Λ.) το Ολοκληρωμένο Σύστημα Διαχείρισης και Ελέγχου, το οποίο επικεντρώθηκε κυρίως στην καλλιέργεια του βαμβακιού. Μελέτες των τελευταίων 30 χρόνων έδειξαν ότι οι φασματικές μετρήσεις στο ορατό και το κοντινό υπέρυθρο μπορούν να συσχετιστούν με το είδος και την τοποθεσία της καλλιέργειας. Ο κύριος λόγος που λίγοι από τους αλγορίθμους και τα μοντέλα είναι λειτουργικά είναι η έλλειψη ενός τροχιακού συστήματος ικανού να παρέχει εικόνες με φασματική και χρονική

2 διακριτική ικανότητα που απαιτείται για τη διαχείριση της γεωργίας, και ειδικότερα για να παρέχει πληροφορίες σε επίπεδο αγρού (Moran, et al., 1997). Παρόλα αυτά, υπάρχουν πολλές εργασίες που συμπεραίνουν ότι οι πολυφασματικές εικόνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναγνώριση και παρακολούθηση των εποχιακά μεταβλητών συνθηκών εδάφους και καλλιέργειας. (Jackson, 1984; Bauer, 1985; Hatfield and Pinter, 1993; Toulios et al., 1998; Toulios and Silleos, 1994). Μέχρι πρόσφατα έπρεπε να βασιστούμε στους δορυφόρους SPOT και Landsat για να πάρουμε εικόνες για γεωργική χρήση. Αυτοί έχουν αποδειχθεί πολύτιμοι στην χαρτογράφηση εδαφών και έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς στην Ευρώπη για την παρακολούθηση των καλλιεργειών και τον έλεγχο των δηλώσεων των αγροτών σε ευρωπαϊκό επίπεδο. (JRC, 1995). Η πολυφασματική διακριτική ικανότητα των μέτρων που παρέχεται από αυτούς τους δορυφόρους έχει αποδειχτεί ότι είναι περιορισμένη στην ανάλυση των καλλιεργειών σε επίπεδο αγροτεμαχίου, αν και ο SPOT XS χρησιμοποιήθηκε ως βάση για τον έλεγχο καλλιεργειών και αγροτεμαχίων. Σήμερα υπάρχουν καινούργιοι αισθητήρες που παρέχουν συχνής υψηλής διακριτικής ικανότητας πολυφασματικές εικόνες για την παρακολούθηση και διαχείριση της γης. Η παρούσα εργασία αφορούσε την εκτέλεση εργασιών καταγραφής εδάφους και τη συλλογή στατιστικών στοιχείων έκτασης των κύριων καλλιεργειών και καλύψεων γης της χώρας,, υιοθετώντας νέες τεχνολογίες (χρήση GIS και GPS) και καινοτόμους μεθόδους επεξεργασίας αποτελεσμάτων προτεινόμενες από την Ε.Ε. Με το ίδιο σύστημα υλοποιήθηκαν δευτεροβάθμιοι έλεγχοι, σε καλλιέργειες αγροτεμαχίων δηλωμένων στο Ολοκληρωμένο Σύστημα Διαχείρισης και Ελέγχου (ΟΣΔΕ) σε διάφορους νομούς της χώρας για τον ΟΠΕΚΕΠΕ. Για την υλοποίηση του προγράμματος χρησιμοποιήθηκε ο παρακάτω εξοπλισμός: Η/Υ Desktop PCs Laptop PCs Pocket PCs ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ (GIS) ArcView (Image Analysis) ArcPad MrSid ERDAS IMAGINE ΣΥΣΤΗΜΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟΥ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ (GPS) GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) Δέκτες Διαφορικών Διορθώσεων (Correction decoder - DGPS) ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΑ ΜΕΣΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΜΟΤΟΣΙΚΛΕΤΕΣ Οι εργασίες που πραγματοποιήθηκαν αφορούν: Α. ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΛΕΓΧΩΝ (ΟΠΕΚΕΠΕ ΙΧΤΕΛ) Β. ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΓΡΑΦΕΙΟΥ (ΙΧΤΕΛ) Γ. ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΥΠΑΙΘΡΟΥ (ΙΧΤΕΛ) Δ. ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ (ΙΧΤΕΛ)

3 1. ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΛΕΓΧΩΝ Η επιλογή των περιοχών που πραγματοποιήθηκαν οι έλεγχοι βασίστηκε σε δεδομένα των προηγούμενων ετών και συγκεκριμένα στα παρακάτω κριτήρια: α) Η Πιθανότητα (Βαθμός Επικινδυνότητας) λανθασμένων δηλώσεων. β) Η Συνολική Καλλιεργηθείσα Έκταση βάμβακος. γ) Τα Αποτελέσματα ενός Στατιστικού Προγράμματος σε επίπεδο χώρας. Ο ΟΠΕΚΕΠΕ με βάση τα παραπάνω επέλεξε τις περιοχές οι οποίες εντάχθηκαν στο δείγμα ελέγχου και προσδιορίστηκαν οι αντίστοιχες Τοπογραφικές Πινακίδες (Σχήμα1). Σχήμα 1 2. ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΓΡΑΦΕΙΟΥ Οι εργασίες που πραγματοποιήθηκαν στην έδρα του ΙΧΤΕΛ στη Λάρισα αφορούν την ετοιμασία των ψηφιακού χαρτογραφικού υποβάθρου και την διασταύρωση των στοιχείων των δηλώσεων των παραγωγών με τα ευρήματα των επιτόπιων ελέγχων για την έκδοση των αποτελεσμάτων. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε επικύρωση των αποτελεσμάτων των επιτόπιων ελέγχων με τεχνολογία τηλεπισκόπισης (χρήση δορυφορικών εικόνων). Οι ορθοφωτοχάρτες (διαφάνειες) πάνω στους οποίους βρίσκονται σχεδιασμένα τα δηλωθέντα αγροτεμάχια, ψηφιοποιούνται (Σχήμα 2) και εισάγονται στο σύστημα.

4 Σχήμα 2 Παράλληλα το λογισμικό παρέχει την δυνατότητα μεταφοράς όλων των δεδομένων της δειγματοληψίας στο σύστημα GIS που χρησιμοποιήθηκε και στη συνέχεια σε πρόγραμμα επεξεργασίας των δεδομένων. Τα αποτελέσματα των ελέγχων για κάθε αγροτεμάχιο συσχετίζονται με τις αντίστοιχες εγγραφές που αναφέρονται στη Βάση Δεδομένων των Δηλώσεων του ΟΣΔΕ (Σχήμα 3). Σχήμα 3

5 3. ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Αναπτύχθηκε ανθρώπινο δίκτυο (ομάδες εργασίας) δειγματοληπτικής καταγραφής της καλλιέργειας κάθε αγροτεμαχίου που απεικονίζεται μέσα στους ορθοφωτοχάρτες (διαφάνειες) των Δημοτικών Διαμερισμάτων που επιλέχθηκαν (Σχήματα 4,5). Σχήμα 4 Σχήμα 5 Με την χρήση του Συστήματος Γεωγραφικού Εντοπισμού (GPS) με δυνατότητα λήψης διαφορικών διορθώσεων (DGPS) σε πραγματικό χρόνο (real time) και με χωρική ακρίβεια εντοπισμού μικρότερη του ενός μέτρου (Σχήμα 6), εντοπίζονται τα αγροτεμάχια και καταγράφονται με αυτόματο τρόπο οι πληροφορίες χρήσης - κάλυψης / καλλιέργειας, με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού (Σχήμα 7). Σχήμα 6 Σχήμα 7

6 Για την επικύρωση των αποτελεσμάτων των επιτόπιων ελέγχων έγινε χρήση δορυφορικών εικόνων (Σχήμα 8) στους Νομούς: ΒΟΙΩΤΙΑΣ ΦΘΙΩΤΙΔΑΣ ΛΑΡΙΣΑΣ ΜΑΓΝΗΣΙΑΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΔΡΑΜΑΣ Σχήμα 8

7 4. ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Τα αποτελέσματα ελέγχων και εγγραφών των βάσεων για κάθε αγροτεμάχιο αναγράφονται αναλυτικά σε πίνακες (Σχήμα 9) για κάθε περιοχή. Παράλληλα παράγονται και θεματικοί χάρτες (Σχήμα 10) για κάθε καλλιέργεια σε κάθε περιοχή. ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΗΛΩΣΗΣ ΑΓΡΟΤΕΜΑΧΙΟΥ (ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΟ) ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΒΑΜΒΑΚΙ ΜΗΔΙΚΗ ΜΗΔΙΚΗ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ Α- ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΤΟΜΑΤΑ ΚΟΝΣ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΜΗΔΙΚΗ ΜΗΔΙΚΗ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ&ΚΑΛΑΜΠΟΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ&ΚΑΛΑΜΠΟΚΙ ΜΗΔΙΚΗ ΜΗΔΙΚΗ ΣΙΤΗΡΑ ΒΑΜΒΑΚΙ ΒΑΜΒΑΚΙ Σχήμα 9 Σχήμα 10 Τα αποτελέσματα της διασταύρωσης των αποτελεσμάτων των επιτοπίων ελέγχων, με τα στοιχεία των δηλώσεων του ΟΣΔΕ και τα στοιχεία για τις καλλιέργειες όπως προέκυψαν από την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων, απεικονίσθηκαν σε πίνακες (Σχήμα 11) και προέκυψαν τα αντίστοιχα διαγράμματα (Σχήμα 12) για κάθε περιοχή. Σχήμα 11

8 Σχήμα 12

9 Βιβλιογραφία Bauer, M.E Spectral inputs to crop identification and condition assessment. Proc. IEEE 73: Hatfield, J.L. and P.J.Jr.Pinter Remote sensing for crop protection. Crop protection 12: Jackson, R.D Remote sensing of vegetation characteristics for farm management. SPIE 475: JRC Remote Sensing Applications, pp JRC Annual Report Moran, M.S., Y.Inoue and E.M.Barnes Opportunities and limitations for image-based remote sensing in precision crop management, Rem. Sens. Env., 61: Toulios, L. and N.Silleos Diachronic study of crop spectral response in central Greece, Proceedings of the International Symposium on Spectral Sensing Research, July 1994, Vol. II, pp Τoulios, L., M.Toulios and G.Zerva Spectral data analysis for cotton growth monitoring. Proceedings of the World Cotton Research Conference -2, September 6-12, Athens, Greece, pp