Исследователи из Стэнфорда разработали новый способ оценки урожайности из космоса, используя фотографии высокого разрешения, сделанные новой волной компактных спутников.
Подход, подробно описанный в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 13 февраля, может быть использован для оценки производительности сельского хозяйства и проверки стратегий вмешательства в бедных регионах мира, где данных в настоящее время крайне мало..
«Повышение производительности сельского хозяйства станет одним из основных способов уменьшить голод и улучшить условия жизни в бедных частях мира», - сказал соавтор исследования Маршалл Берк, доцент кафедры наук о системе Земля в Стэнфордская школа наук о Земле, энергетике и окружающей среде.«Но чтобы повысить производительность сельского хозяйства, мы сначала должны ее измерить, а этого, к сожалению, не делают на большинстве ферм по всему миру».
Спутники для наблюдения за Землей существуют уже более трех десятилетий, но большинство изображений, которые они получают, не имеют достаточно высокого разрешения, чтобы визуализировать очень маленькие сельскохозяйственные поля, типичные для развивающихся стран. Однако в последнее время спутники уменьшились в размерах и стоимости, одновременно улучшив разрешение, и сегодня несколько компаний конкурируют за запуск в космос спутников размером с холодильник или обувную коробку, которые снимают изображения Земли в высоком разрешении.
«Вы можете получить много таких изображений, и все они захватывают очень маленькие участки поверхности земли с очень высоким разрешением», - сказал соавтор исследования Дэвид Лобелл, доцент кафедры наук о системе Земли. «Любой один спутник не дает вам очень много информации, но их созвездие на самом деле означает, что вы покрываете большую часть мира с очень высоким разрешением и по очень низкой цене. Это то, чего у нас никогда не было даже несколько лет назад."
В новом исследовании Берк и Лобелл решили проверить, достаточно ли хороши изображения с этой новой волны спутников для надежной оценки урожайности. Пара сосредоточилась на районе в Западной Кении, где есть много мелких фермеров, которые выращивают кукурузу на небольших участках площадью в пол-акра или в один акр. «Это была область, где уже было много полевых работ», - сказал Лобелл. «Это был идеальный сайт для проверки нашего подхода».
Ученые сравнили два разных метода оценки продуктивности сельского хозяйства с использованием спутниковых снимков. Первый подход включал «наземную проверку» или проведение наземных исследований для проверки точности оценок урожайности, рассчитанных с использованием спутниковых данных, которые были предоставлены компанией Terra Bella. Для этой части исследования Берк и его полевая команда провели недели, проводя опросы от дома к дому со своими сотрудниками, разговаривая с фермерами и собирая информацию об отдельных фермах.
«Мы получаем много отличных данных, но это требует невероятно много времени и довольно дорого, а это означает, что мы можем опросить не более тысячи или около того фермеров в течение одной кампании», - сказал Берк. «Если вы хотите расширить масштабы нашей деятельности, вам не нужно собирать данные наземной съемки по всему миру».
По этой причине команда также протестировала альтернативный «некалиброванный» подход, который не зависел от данных наземной съемки для прогнозирования. Вместо этого он использует компьютерную модель роста сельскохозяйственных культур, а также информацию о местных погодных условиях, чтобы помочь интерпретировать спутниковые снимки и прогнозировать урожайность.
«Простое сочетание изображений с компьютерными моделями культур позволяет нам делать удивительно точные прогнозы, основанные только на изображениях, фактической производительности на поле», - сказал Берк..
Исследователи планируют расширить масштабы своего проекта и протестировать свой подход в большей части Африки.«Мы стремимся делать точные сезонные прогнозы производительности сельского хозяйства для каждого уголка Африки к югу от Сахары», - сказал Берк. «Мы надеемся, что этот подход, который мы разработали с использованием спутников, позволит нам сделать огромный скачок в нашей способности понимать и повышать производительность сельского хозяйства в бедных частях мира».
Лобелл также является заместителем директора Стэнфордского центра продовольственной безопасности и окружающей среды и старшим научным сотрудником Стэнфордского института окружающей среды Вудса.