Обґрунтування структури апаратурно-програмного комплексу для дистанційного зондування рослинності в польових умовах - Автореферат

Вимірювання спектрів відбиття є швидкою процедурою у порівнянні з лабораторними біохімічними методами, а використання дистанційної апаратури дозволяє проводити тестування великих площ рослинності за короткий час. У звязку з цим було поставлене завдання - розробити спеціалізований апаратурно-програмний комплекс (АПК) підсупутникового забезпечення для дистанційного спектрометричного зондування рослинності в польових умовах та проведення обробки отриманої інформації, зокрема, розрахунку вмісту хлорофілу в біомасі за спеціальними алгоритмами. Основні положення дисертаційного дослідження розроблені в рамках науково-технічного проекту “Development of the method and the device for remote sensing of vegetation” - проект УНТЦ № 2416 (www.vegetation.kiev.ua ), а також науково-технічного проекту “Доробка польового спектрофотометра для тестування стану рослинності”, який виконувався за Договором за № 12-7/08 від 12 червня 2008 р. між Корпорацією «Науково-виробниче обєднання «Арсенал» та Інститутом космічних досліджень НАНУ та НКАУ в рамках Договору між Інститутом космічних досліджень НАНУ та Президією НАНУ (державний реєстраційний № 0108U003050, www.innovations.nas.gov.ua/Years/2008/802 ). Метою досліджень є розробка науково-методичного забезпечення спектральних вимірювань, що дозволяє створити спеціалізований апаратурно-програмний комплекс (АПК) підсупутникового забезпечення для дистанційного спектрометричного зондування рослинності в польових умовах та проведення обробки отриманої інформації, зокрема, розрахунку вмісту хлорофілу в біомасі. Запропонована структурна схема вимірювань, яка забезпечує інваріантність дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в польових умовах при різних рівнях освітлення, з різною колірною температурою, при різних зенітних кутах Сонця та при різних рівнях проективного покриття грунту рослинністю, що дозволило перенести в польові умови лабораторні методи визначення вмісту хлорофілу в рослинності на основі деривативних вегетаційних індексів.Описані технічні особливості розробки та характеристики польового спектрометричного АПК, що стосуються методології оцінки деяких параметрів фізіологічного стану рослинності, алгоритмів їхнього визначення, а також особливостей створення 5-ти варіантів АПК для визначення вмісту хлорофілу у фітоценозах в польових умовах: - короткий аналіз розробки 4-х варіантів приладу; На основі результатів оптимізації параметрів спектрометричного АПК був сформульований перелік його основних технічних характеристик, обгрунтовано та сформовано структуру такого приладу, на основі якого і було підготовлено технічне завдання на розробку експериментального варіанту спектрометричного АПК. Математично визначений відносний спектральний розподіл фотовідгуку матричного приймача по вимірювальному інформаційному каналу, враховуючи як характерні спектральні риси досліджуваного обєкту - рослинності, відносний розподіл спектральної чутливості матричного приймача Kodak Digital Science KAC-1310 CMOS Image Sensor, а також відносний спектральний розподіл коефіцієнту відбиття дифракційної гратки. Використання такої дифракційної гратки має кілька переваг, а саме: розширення в 2 рази ширини робочого спектрального діапазону (починаючи з зеленої ділянки спектру), що збільшує функціональні можливості комплексу. Роботоздатність АПК, починаючи з зеленої ділянки спектру, має додаткові переваги: отримання додаткової достовірної інформації про величину спектрального відбиття ?? в діапазоні довжин хвиль ?? = 550 ± 10 нм, що дозволяє зробити перевірку вмісту азоту в листках рослин альтернативним методом (азотоміром );Метою досліджень є розробка науково-методичного забезпечення спектральних вимірювань, що дозволяє створити спеціалізований апаратурно-програмний комплекс (АПК) підсупутникового забезпечення для дистанційного спектрометричного зондування рослинності в польових умовах та проведення обробки отриманої інформації, зокрема, розрахунку вмісту хлорофілу в біомасі. На основі огляду конструктивних особливостей відомих бортових і польових спектрометрів, підсупутникових систем та результатів аналізу методології і практики застосування деривативних вегетаційних індексів для польових оцінок вмісту хлорофілу в рослинах і тестування їх стану, а також шляхом оптимізації взаємозвязаних між собою основних точносних параметрів, виконано обґрунтування структури польового спектрометра як основи апаратурно-програмного комплексу для дистанційного зондування рослинності, з урахуванням його оптико-спектральних характеристик, проведено теоретичні розрахунки оптико-фізичної концепції і схеми спектрометра, створено принципово новий польовий спектрометричний апаратурно-програмний комплекс. При цьому абсолютні значення коефіцієнтів відбиття досліджуваної поверхні в робочій області спектра можуть коливатись від 3% до 60% в межах поля зору вимірювальному каналу спектрометра (15°х 15°) при збільшених розмірах поля зору спектрометра в опорному каналі (150° х 150°). Оптимізовано основні технічні характеристики спе