Ανάπτυξη συστήματος με τη συνδυασμένη χρήση συστημάτων επικοινωνίας και διαστημικών εικόνων για ενημέρωση των γεωργών σε θέματα άρδευσης

Transcript

1 Ανάπτυξη συστήματος με τη συνδυασμένη χρήση συστημάτων επικοινωνίας και διαστημικών εικόνων για ενημέρωση των γεωργών σε θέματα άρδευσης Σκεύη Πέρδικου Frederick Research Centre Το έργο είναι χρηματοδοτημένο από την Κυπριακή Δημοκρατία, το Ίδρυμα Προώθησης Έρευνας (ΙΠΕ) και το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης

2 Συμμετοχή στο έργο Ανάδοχος Φορέας: Μ. H.TRADING AND ENGINEERING LTD Συνεργαζόμενοι φορείς: FREDERICK RESEARCH CENTER Δρ Σκεύη Πέρδικου κ. Νεόφυτος Νεοφύτου ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΓΕΩΡΓΙΚΩΝ ΕΡΕΥΝΩΝ Δρ Γιώργος Παπαδαυίδ

3 Στοιχεία του έργου Η Διάρκεια Υλοποίησης του Έργου: 18 μήνες Ημερομηνία Έναρξης Υλοποίησης: 1/07/2012 Ημερομηνία Λήξης της Υλοποίησης : 31/12/2013 Συνολικός Προϋπολογισμός Έργου: ΕΥΡΩ

4 Οι στόχοι Υπάρχει αναγκαιότητα ορθολογιστικής διαχείρισης των υδάτινων πόρων. Ο απαιτούμενος αναγκαίος όγκος άρδευσης για κάθε καλλιέργεια υπολογίζεται βάση της εξατμισοδιαπνοής (ΕΤc) των εκάστοτε καλλιεργειών, που έχουν βρεθεί με εμπειρικό τρόπο (Εpan) στο παρελθόν. Παράγοντες που επηρεάζουν την εξατμισοδιαπνοή είναι: τα χαρακτηριστικά του φυτού καιρικές συνθήκες περιβαλλοντικοί παράγοντες και διαχείριση καλλιεργειών.

5 Οι στόχοι Η ανάγκη για ακριβή μέτρηση της εξατμισοδιαπνοής έχει προχωρήσει στην ανάπτυξη και εφαρμογή μεθοδολογίας που μετρά την εξατμισοδιαπνοή των καλλιεργειών (πατάτες, φυστίκια, άλλα λαχανικά ανοικτού αγρού, κ.λ.π.) με τη συνδυασμένη χρήση Τεχνικών Δορυφορικής Τηλεπισκόπησης (Satellite Remote Sensing) από δορυφορικά δεδομένα και μετεωρολογικά δεδομένα που απαιτούνται. Η γνώση των απαιτούμενων όγκων νερού άρδευσης των καλλιεργειών τους θα συμβάλει: μικροοικονομικά στη μείωση του κόστους των εκμεταλλεύσεων τους μακροοικονομικάστηναειφορικήδιαχείρισητωνυδάτινωνπόρων της Κύπρου και στην εξοικονόμηση υδατικών αποθεμάτων για τις επόμενες γενεές.

6 Οι στόχοι Υπάρχει αναγκαιότητα για: καθορισμό των απαιτούμενων όγκων νερού για κάθε φυτεία άμεσης ειδοποίησης των γεωργών για την απαιτούμενη ποσότητα νερού κάθε καλλιέργειας και συστηματικού έλεγχου της υφιστάμενης κατανάλωσης νερού για αρδευτικούς σκοπούς. Απώτερος στόχος του εν λόγω έργου είναι η χρήση τηλεφώνωντρίτηςγενεάςμεσκοπότηνάμεσηειδοποίηση και ενημέρωση των γεωργών για την βέλτιστη κατανάλωση νερού για αρδευτικού σκοπούς μέσω των άμεσων αποτελεσμάτων από την συνδυασμένη χρήση δορυφορικών και μετεωρολογικών δεδομένων.

7 Δορυφορική τηλεπισκόπιση Περιοχή ενδιαφέροντος - Πάφος (επί τόπου μετρήσεις, χαρακτηριστικά καλλιεργειών και μετεωρολογικά δεδομένα) Επεξεργασία δεδομένων (ανάπτυξη μοντέλων) Σχεδιασμός λογισμικού και Χρήση κινητών τηλεφώνων 3ης γενιάς (3G Mobile Phones) για άμεση ειδοποίηση και ενημέρωση των γεωργών για την βέλτιστη κατανάλωση νερού για αρδευτικού σκοπούς μέσω των άμεσων αποτελεσμάτων από την συνδυασμένη χρήση δορυφορικών και μετεωρολογικών δεδομένων.

8 Δέσμες εργασίας ΔΕ1: Διαχείριση Έργου Εξασφάλιση ορθής διαχείρισης του έργου σε όλη τη διάρκεια του με συνεχή έλεγχο και εφαρμογή των χρονοδιαγραμμάτων ΔΕ2: Διάχυση Αποτελεσμάτων Διάχυση των ερευνητικών αποτελεσμάτων σε όλο γεωργικό κόσμο που κάνει χρήση το νερό άρδευσης με σκοπό την κατανόηση της αειφόρου διαχείρισης του νερού στη Κύπρο. Παράλληλα θα γίνει και εκτεταμένη ενημέρωση των φορέων που ασχολούνται με τη διαχείριση του νερού ώστε να μπορούν να έχουν επιστημονική υποστήριξη που θα τους καθοδηγεί στη λήψη αποφάσεων.

9 Δέσμες εργασίας ΔΕ3: Καθορισμός Μορφότυπου και εισαγωγή δεδομένων σε Βάση Δεδομένων Καθορισμός των δεδομένων τα οποία είναι απαραίτητα για τον προσδιορισμό της απαιτούμενης ποσότητας άρδευσης. (Αυτό είναι απαραίτητο γιατί τα δεδομένα που απαιτούνται παρουσιάζουν διαφορετική ετερογένεια και μερικές μορφές έχουν μεγάλη χωρητικότητα για την ανάλυση των δεδομένων. Στην περίπτωση όμως της διάχυσης και ενημέρωσης των γεωργών τα δεδομένα αυτά και η πληροφορία θα πρέπει να είναι μικρή σε όγκο αλλά και να στηρίζεται σε προκαθορισμένα διεθνώς χρησιμοποιούμενα μορφότυπα για να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες φορητές συσκευές ανεξαρτήτως κατασκευαστή ή χώρα κατασκευής ή γλώσσας.

10 Δέσμες εργασίας ΔΕ4: Σχεδιασμός Λογισμικού διάχυση πληροφορίας Επικεντρώνεται στο σχεδιασμό και υλοποίηση ειδικού λογισμικού (gadget) το οποίο θα μπορεί να ενσωματωθεί σε κινητά τηλέφωνα ή άλλα συστήματα επικοινωνίας για σκοπούς ενημέρωσης των γεωργών. Το σύστημα αυτό αναμένεται να έχει φιλική διεπαφή (interface) έτσι ώστε να μην απαιτούνται ιδαιτέρες γνώσεις τεχνολογίας. Το λογισμικό νέο προϊόν έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να επικοινωνεί με την διαδικτυακή βάση δεδομένων και να αντλεί τα πρωτογενή ή δευτερογενή (μετά από ανάλυση) δεδομένα. Με αυτό τον τρόπο το λογισμικό θα μπορεί να εκτελεί μια σειρά από ενέργειες.

11 Δέσμες εργασίας ΔΕ4: Σχεδιασμός Λογισμικού διάχυση πληροφορίας Το λογισμικό περιλαμβάνει: Εμφάνιση της ημερήσιας ποσότητας κατανάλωσης νερού. Ηεκτίμηση αυτή προκύπτει μέσα από τη συνδυασμένη χρήση δορυφορικών εικόνων και μετεωρολογικών παραμέτρων. Επιλογή υπολογισμού συνολικής ποσότητας νερού άρδευσης για καθορισμένη έκταση και τύπο καλλιέργειας: ο γεωργός θα μπορεί να με την εισαγωγή στοιχείων όπως είναι η συνολική καλλιεργήσιμη έκταση και το είδος της καλλιέργειας, το νέο προϊόν είναι σε θέση να εκτιμήσει το συνολικό όγκο άρδευσης

12 Δέσμες εργασίας ΔΕ4: Σχεδιασμός Λογισμικού διάχυση πληροφορίας Το λογισμικό περιλαμβάνει: Εκτίμηση ποσότητας άρδευσης στις επόμενες μέρες: με βάση στατιστικά στοιχεία ή μοντέλα εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής τα οποία επιδέχονται μόνο παραμέτρους μετεωρολογικών δεδομένων (πρόβλεψη μετεωρολογικής υπηρεσίας) θα μπορεί να γίνεται εκτίμηση της μελλοντικής ποσότητας άρδευσης Επικοινωνία με το Ινστιτούτο Γεωργικών Ερευνών (ΙΓΕ). Το νέο προϊόν θα δίνειτηδυνατότηταάμεσηςεπικοινωνίαςτωνγεωργώνπροςτοιγεγια επίλυση οποιεσδήποτε απορίες ή παροχή πληροφοριών.

13 Δέσμες εργασίας ΔΕ5: Εφαρμογή μοντέλου μέτρησης εξατμισοδιαπνοής Περιλαμβάνει συνδυασμένη ανάλυση των επίγειων και δορυφορικών δεδομένων και η χρήση ολοκληρωμένου υπολογιστικού μοντέλου μέτρησης της ζήτησης νερού για αρδευτικούς σκοπούς σε πραγματικό χρόνο με την ενημέρωση των γεωργών. Πρακτική εφαρμογή του λογισμικού με τη χρήση συστημάτων επικοινωνίας.

14 Δέσμες εργασίας ΔΕ5: Εφαρμογή μοντέλου μέτρησης εξατμισοδιαπνοής Η ΔΕ περιλαμβάνει: α) Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης: προ επεξεργασία και ανάλυση των δορυφορικών δεδομένων της υπό μελέτης περιοχής. Η προπεξεργασία( γεωμετρική και ραδιομετρική διόρθωση) H ανάλυση των δορυφορικών δεδομένων (ταξινόμηση, μέθοδος NDVI, μέθοδος επεξεργασίας για τη δημιουργίας φασματικών λόγων με σκοπό την ανάκτηση της πληροφορίας σχετικής με την μέτρηση της ανακλαστικότητας που βοηθάι στην μέτρηση της εξατμισοδιαπνοής)

15 Δέσμες εργασίας ΔΕ5: Εφαρμογή μοντέλου μέτρησης εξατμισοδιαπνοής Η ΔΕ περιλαμβάνει: β) Φασματοραδιομετρικές μετρήσεις κατά την διάρκεια της λήψης των δορυφορικών δεδομένων με την χρήση επίγειων φασματοραδιομέτρων γ) Εφαρμογή μοντέλου μέτρησης εξατμισοδιαπνοής: Σκοπός της είναι η συνδυασμένη ανάλυση των επίγειων και δορυφορικών δεδομένων και η εφαρμογή αλγόριθμου (SEBAL) για εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής που αναφέρεται σε αρδευτικούς σκοπούς.

16 Επί τόπου μετρήσεις 1. Χρήση GER nm nm. Οι επί τόπου μετρήσεις έχουν προσαρμοστεί για να μπορούν να συγκριθούν με τα δορυφορικά δεδομένα. Έχουν δημιουργηθεί δείχτες φυτών (vegetation indices) για κάθε ημερομηνία για κάθε είδος φυτού

17

18 Field Campaign 2. Sun-scan για υπολογισμό του Ύψους του Φυτού (CH) και του Δείκτη Φυλλικής Επιφάνειας (LAI). Διάφορα είδη καλλιέργειας

19 Regression Analysis Regression ανάλυση: Δεικτών βλάστησης: NDVI, SAVI, WDVI με Δείκτη Φυλλικής Επιφάνειας (LAI) και Δεικτών βλάστησης: NDVI, SAVI, WDVI με τιμές Ύψους του Φυτού (CH). Έχουν χρησιμοποιηθεί γραμμικά, εκθετικά, λογαριθμικά και πολυωνυμικά μοντέλα.

20 Αποτελέσματα Δείκτη Φυλλικής Επιφάνειας (LAI) - WDVI

21 Αποτελέσματα

22 Αποτελέσματα

23 Αποτελέσματα

24 Επαλήθευση αποτελεσμάτων Έχει γίνει επαλήθευση με δύο Landsat-5 TM εικόνες (26 Οκτωβρίου 2012 and 9 Νοεμβρίου 2012).

25 Επαλήθευση αποτελεσμάτων Χρησιμοποιώντας τα δύο μοντέλα με τον υψηλότερο συντελεστή προσδιορισμού (r 2 ), οι οποίες βασίζονται σε WDVI: με χρήση Πολυωνυμικού μοντέλου για LAI Εκθετικού μοντέλου για το ύψος των καλλιεργειών, οι εικόνες έχουν μετατραπεί σε χάρτες Δείκτη Φυλλικής Επιφάνειας και χάρτες Ύψους φυτών.

26 Επαλήθευση αποτελεσμάτων Χάρτες Δείκτη Φυλλικής Επιφάνειας (LAI) α) Οι μέσες τιμές του LAI, που αποκτήθηκαν με επί τόπου μετρήσεις (χρησιμοποιώντας το όργανο Sun scan) για τις δύο ημερομηνίες των εικόνων ήταν 1,8 (26/10/2012) και 4 (11/09/2012). β) Οι αντίστοιχες τιμές χρησιμοποιώντας τα εμπειρικά μοντέλα (LAI χάρτες), ήταν 1,67 (26/10/2012) και 3.11 ( ).

27 Επαλήθευση αποτελεσμάτων Χάρτες καλλιεργειών Ύψους Φυτών α) Οι καταγεγραμμένες τιμές πεδίου για το ύψος της φυτών (με τη χρήση του Sun scan) για τις ημερομηνίες της απόκτησης της εικόνας ήταν 0,33 εκατοστά (09/26/2012) και 0,39 εκατοστά (10/09/2012) για τις πατάτες. β) Οι αντίστοιχες τιμές χρησιμοποιώντας τα εμπειρικά μοντέλα (χάρτες Ύψους Φυτού) ήταν 0,38 εκατοστά (26/09/2012) και 0,38 εκατοστά (10/09/2012).

28 Συμπεράσματα Τα αποτελέσματα έχουν δείξει ότι η χρήση φασματικών υπογραφών και εμπειρικών μοντέλων μπορούν να ενσωματωθούν επιτυχώς σε νέα μοντέλα με τη συσχέτιση LAI και Ύψος Φυτού. Τα συγκεκριμένα μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αλγόριθμους για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής ETc για καλύτερη διαχείριση των υδάτων άρδευσης στην Κύπρο.