Укр
Технології
Супутник EOS SAT-1 пройшов успішну перевірку
07:10 • Сьогодні
103
На початку року компанія EOS Data Analytics відправила свій перший агросупутник EOS SAT-1 на орбіту. Нещодавно компанія переконалася у коректності даних, які збирає апарат, за допомогою наземного експерименту. Нижче – подробиці цього процесу.
Рішення про створення власного супутника компанія EOS Data Analytics прийняла через прагнення покращувати свої послуги для фермерів та агробізнесу в цілому, а також задовольняти більше їхніх потреб, які постійно змінюються та еволюціонують.
Так, наразі є декілька загальнодоступних супутників, знімки яких можна використовувати для аналізу сільськогосподарських полів. Проте фото, які вони роблять, є недешевими для пересічних фермерів, яким, своєю чергою, потрібні не стільки зображення власних полів, скільки розуміння, що з ними відбувається. Набір спектральних каналів, в яких наявні супутники можуть робити знімки, не завжди найкраще підходять для аналізу вегетації рослин. Врешті, інколи на заваді хорошому знімку стає хмарна погода, тож чим більше супутників є на орбіті, тим більше якісних фотографій поля та аналітики щодо нього можна збирати щодня.
Про супутник EOS SAT-1
EOS SAT-1 позиціонується як агросупутник через те, що він робить знімки полів достатньо високої якості (1.5м/піксель), і працює в 11 спектральних каналах, орієнтованих на сільське господарство:
- R, G, B (червоний, зелений, блакитний) — три канали для створення зображень, які виглядають природно для людського ока і дають змогу візуально оцінити стан полів.
- NIR — два канали, що надають можливість оцінити, наскільки ефективно рослини відбивають ближнє інфрачервоне світло, і таким чином визначити стан їхнього здоровʼя.
- RedEdge — три канали в діапазоні червоного кольору для оцінки змін в хлорофілі, що допомагає виявити стрес та хвороби рослин на ранніх стадіях.
- WaterVapor – канал для спостереження за водяною парою, що важливо для передбачення посух та планування зрошувальних заходів.
- Aerosol – канал для моніторингу аерозольних часток в атмосфері та якості повітря, що впливає на процеси фотосинтезу в рослинах.
- Pan – канал для панхроматичних знімків, які мають високу роздільну здатність і забезпечують детальне зображення земної поверхні, що стає в нагоді під час ідентифікації проблемних зон або планування використання наявних земель.
EOS SAT-1 спроєктовано у такий спосіб, щоби він був здатен відстежувати до одного мільйона квадратних кілометрів щодня. У EOS Data Analytics впевнені, що це відкриває нові можливості для впровадження методів точного землеробства, сталих сільськогосподарських практик та меншого споживання ресурсів.
Супутник EOS SAT-1 є власною розробкою компаній групи Noosphere, яка належить міжнародному підприємцю у галузі IT та космічних технологій Максу Полякову.
Так, електростатичні плазмові ракетні двигуни супутника, які працюють на ефекті Холла, розробив український проєкт SETS (Space Electric Thruster Systems) з міста Дніпро. За виготовлення елементів корпуса та 3D-друк деталей відповідала теж дніпровська компанія Flight Control Propulsion. Dragonfly Aerospace побудувала сам EOS SAT-1 та оснастила його двома камерами власної розробки.
Створення й підготовка власного агросупутника потребували кількох років досліджень та пошуку інноваційних рішень. Врешті, 3 січня 2023 року, в рамках місії Transporter-6, компанія SpaceX запустила ракету Falcon 9 у космос, і з неї на низьку навколоземну орбіту був доставлений EOS SAT-1 — разом із 114 іншими супутниками.
Запуск супутника — це лише початок
Після запуску EOS SAT-1 команда EOS Data Analytics встановила звʼязок зі своїм апаратом і почала отримувати телеметрію на наземну станцію. Далі почався етап ретельного тестування, налаштування й калібрації супутника. Необхідно було впевнитися, що все працює належним чином, — бортовий компʼютер, камери, програмне забезпечення тощо.
У другій половині травня компанія оприлюднила перші оброблені та готові до використання знімки з EOS SAT-1. Отримані в результаті панхроматичного злиття зображення мали очікувану роздільну здатність 1,5 метра на один піксель та охоплювали смуги зйомки в 44–46 км в іспанській провінції Сеговія та місті Кейптаун.
Залишалося переконатися і продемонструвати ринку, що супутник робить коректні знімки у всіх діапазонах, що дає змогу достатньо точно вимірювати важливі характеристики рослин, такі як рівень їхньої вологості, індекс площі листяного покрову та багато інших.
Перевірка даних супутника
Найпростіший спосіб зробити таку перевірку — порівняти дані супутника EOS SAT-1 з даними іншого супутником. Тоді науковці EOS Data Analytics взяли й зіставили знімки власного апарату від 4 серпня над попередньо обраним районом неподалік українського міста Богуслав та аналогічні знімки Sentinel-2 від 5 серпня 2023 року.
Оскільки супутники не пролітають над одними й тими самими місцями щодня, різницю в один день, яку вдалося досягнути, науковці визнали несуттєвою для оцінки стану рослин та ґрунту. Справді, тоді за один серпневий день типової погоди із рослинами нічого суттєвого не трапилося.
Для аналізу команда розрахувала значення NDVI (основний індекс здоровʼя рослинності) та LAI (індекс листяного покрову) зі знімків обох супутників.
За фізикою NDVI стоїть простий принцип: зеленіші рослини поглинають більше світла для фотосинтезу, отже NDVI буде вищим для здоровіших рослин. Таким чином, мапа значень цих індексів на полі допомагає визначати, які ділянки поля здорові та продуктивні, а які потребують уваги – наприклад, де треба додати добрива або води.
Індекс листяного покрову LAI вимірює загальну площу листя рослин щодо площі землі, на якій вони ростуть. Така інформація про щільність рослинності допомагає оцінити її потенціал для фотосинтезу. Високий LAI означає, що культури на полі здорові та добре розвиваються.
Щоб порахувати LAI, для даних Sentinel-2 використали спеціалізоване програмне забезпечення SNAP, а для EOS SAT-1 — адаптований алгоритм. Результати зазначених індексів не показали суттєвої різниці на трьох досліджуваних полях.
Залишалося провести наземні вимірювання, з якими можна було би порівняти дані EOS SAT-1, адже саме наземні дані вважають еталонними.
Для цього команда науковців EOS Data Analytics використала систему аналізу рослинного покриву SunScan компанії Delta-T Devices Ltd. Цей прилад точно оцінює індекс площі листяного покриву, а також уміє вимірювати рівні фотосинтетично активної радіації в листку культури.
SunScan Canopy Analysis System є портативною системою, яка може використовуватися як із мобільним пристроєм, так і з аналоговим даталогером, здатна працювати в режимі автоматичного запису, а також відповідає нормативам ЄС щодо електромагнітних випромінювань.
Проте команда EOS Data Analytics віддала перевагу саме їй через те, що вона працює на тих же самих фізичних принципах, що й супутникові технології, а саме використовує закон Біра щодо поглинання світла листям.
Закон Біра – це науковий принцип, який допомагає зрозуміти, як світло взаємодіє з рослиною. Вимірюючи скільки світла поглинає та відбиває листя рослини за допомогою засобу на кшталт SunScan Canopy, можна порахувати індекс листяного покрову і таким чином зробити висновки про здоровʼя культури.
Супутники працюють схожим чином, коли вимірюють, скільки світла відбивається від поверхні Землі, в тому числі й від рослинності. Потім виміряна спектральна відбивна здатність листя у різних частотах конвертується за допомогою математичних методів у LAI та інші біофізичні характеристики рослин.
Для успішної валідації даних супутника необхідно було провести наземні вимірювання LAI культури та вологості ґрунту приблизно в той же час, коли над обраним полем пролітав EOS SAT-1.
Звісно, зробити це одномоментно неможливо, проте для цього досліду допустимою була різниця між замірами пристрою та збором супутникових даних не більше, ніж дві години.
Загалом, будь-які вимірювання можуть мати неточності. Для ідеального експерименту необхідно було би провести сотні вимірювань, зробити похибку на стан атмосфери, кількість радіації, електромагнітне випромінювання, конструктивні особливості приладів тощо. При цьому очевидно, що навіть обмежені вимірювання мають демонструвати достатню кореляцію між наземними й супутниковими даними.
Тому 10 та 11 серпня 2023 року експерт з наукових рішень Олексій Кривобок та старший науковий співробітник EOS Data Analytics Олександр Кривошеїн поїхали на локацію поблизу українського міста Богуслав у той час, коли над нею мав пролітати супутник. Переконавшись на місці у безхмарній погоді, вони налаштували SunScan Canopy та провели вимірювання на чотирьох полях сої, одному полю соняшника та одному полі кукурудзи.
Оскільки у наземних та супутникових даних різне просторове сприйняття, а також враховуючи, що точність географічної привʼязки супутникових даних перебуває в межах кількох метрів, необхідно було провести декілька наземних вимірювань на кожному полі, а потім проводити порівняння між середніми значеннями обох типів вимірювань на цій площі.
Тому на кожному полі науковці зробили від 5 до 7 вимірювань індексу листяного покрову та вологості ґрунту. Це дало змогу отримати статистично усереднені дані по кожному полю, а також врахувати допустиму девіацію (відхилення) визначених показників.
Зібрані дані підтвердили точність аналогічних даних, отриманих з EOS SAT-1: між наземними та супутниковими даними була зафіксована чітка кореляція.
«Наявна кореляція між нашими наземними вимірюваннями та даними EOS SAT-1 підтверджує можливості супутника щодо надання точної та практичної інформації для сталого розвитку сільського господарства», – наголошує Олександр Кривошеїн, старший науковий співробітник EOS Data Analytics.
Окремо була відзначена залежність між індексом LAI та вологістю ґрунту. Така кореляція вказує на те, що в даному регіоні опади мають визначальний вплив на врожайність полів.
Оцінка результатів та подальші плани
Олексій Кривобок, експерт з наукових рішень в EOS Data Analytics, так оцінив результати перевірки: «Наземні вимірювання, які ми провели в Україні, є дуже важливим етапом робіт для нас, оскільки отримані результати дали змогу підтвердити надійність даних EOS SAT-1 для наших клієнтів».
У наступних планах компанії — інтегрувати збір даних EOS SAT-1 в їхні платформи EOSDA Landviewer та EOSDA Crop Monitoring.
А там прийде час і для створення нових, ще більш технологічних та ефективних цифрових рішень для агросфери та лісництва.
А. Сухина, a.sukhina@univest-media.com
Наступна стаття
Читайте також
Інтерв'ю
Рік тому вітчизняний бізнес пережив безпрецедентну доти подію — локдаун, тобто повне припинення роботи значної частини підприємств, зокрема, тотальне закриття закладів харчування. Саме тоді Анна Морозова вирішила дати старт своєму новому... Подробнее
Російська агресія вдарила по всій вітчизняній аграрній сфері – від фермерів до агрохолдингів. Про те, як великі агрокомпанії справляються з проблемами, які навалилися на сільгоспвиробників нинішньої весни, і ще й примудряються допомагати... Подробнее
Статті
1
0
