Ứng dụng công nghệ ước tính diện tích canh tác bảo tồn ở quy mô khu vực

Sơ đồ tóm tắt. Nguồn: Remote Sensing of Environment (2022). DOI:

10.1016/j.rse.2022.113366.

Theo số liệu thống kê quốc gia của Bộ Nông nghiệp Mỹ, canh tác không làm đất và canh tác bảo tồn đang gia tăng, với hơn ba phần tư nông dân trồng ngô và đậu tương lựa chọn các biện pháp để giảm xói mòn đất, duy trì cấu trúc đất và tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, những ước tính này chủ yếu dựa trên tự báo cáo của nông dân và chỉ được tổng hợp 5 năm một lần, nên độ chính xác hạn chế.

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học của Đại học Illinois chứng minh một cách để lập bản đồ chính xác vùng đất đã được canh tác theo thời gian thực bằng cách tích hợp hình ảnh mặt đất, trên không và vệ tinh.

"Chúng tôi đã chứng minh rằng viễn thám có thể định lượng thông tin làm đất ở quy mô khu vực theo cách tiết kiệm chi phí. Thông tin ở cấp độ cánh đồng này có thể được sử dụng để hỗ trợ người trồng trọt trong các hoạt động quản lý của họ, cũng như để hỗ trợ lập mô hình hệ thống nông nghiệp và cung cấp các công cụ cho USDA để xác minh dữ liệu điều tra dân số của họ", tác giả chính của nghiên cứu, Sheng Wang, trợ lý giáo sư nghiên cứu tại Khoa Tài nguyên và Khoa học Môi trường (NRES), Đại học Khoa học Nông nghiệp, Người tiêu dùng và Môi trường (ACES) cho biết.

Ông Wang cũng là một nhà khoa học nghiên cứu tại Trung tâm Bền vững hệ sinh thái Nông nghiệp (ASC) tại Đại học Illinois.

Wang và nhóm nghiên cứu đã chụp ảnh mặt đất tại các địa điểm thực địa trên khắp Trung tâm Illinois, tạo ra 6.719 hình ảnh được gắn thẻ GPS. Sau đó, họ sắp xếp cho một chiếc máy bay được trang bị cảm biến siêu quang phổ công suất cao bay qua khu vực. Hệ thống trên không đã quét 40.000 mẫu Anh mỗi giờ và thu được các dấu hiệu quang phổ phong phú của mặt đất ở tỷ lệ khoảng nửa mét.

Wang đưa các bức ảnh mặt đất vào một máy tính được cài đặt cách phân biệt đất trống với tàn dư cây trồng, một đặc điểm nổi bật của phương pháp làm đất bảo tồn và không làm đất. Sau khi các hình ảnh mặt đất được dán nhãn, máy tính có thể diễn giải và dự đoán các hình ảnh siêu phổ từ cảm biến trên không với độ chính xác khoảng 82%. Sử dụng mô hình nâng cấp từ mặt đất lên không trung này làm mô hình, các máy tính sau đó đã phát triển một thuật toán để mở rộng quy mô một lần nữa, lần này là từ trên không vào không gian, sử dụng dữ liệu vệ tinh.

So với việc nâng cấp trực tiếp từ mặt đất lên vệ tinh, chỉ chính xác khoảng 22% thời gian theo một phân tích riêng trong nghiên cứu, thì lớp trên không đã tăng độ chính xác của bản đồ lên 67%.

"Trong viễn thám, chúng tôi luôn cố gắng liên kết dữ liệu thực từ mặt đất với tín hiệu quang phổ từ vệ tinh, nhưng điều đó thể hiện sự không phù hợp ở quy mô lớn. Dữ liệu siêu phổ quy mô trung gian giúp tăng cường dữ liệu thực từ mặt đất vì nó có thể cung cấp cả độ phân giải cao và độ chính xác. Đó là một sự đổi mới lớn, chưa ai làm điều này trong ngành nông nghiệp. Công nghệ đa quy mô này nâng cao đáng kể khả năng của chúng tôi trong việc tạo ra thông tin cơ bản", Kaiyu Guan, phó giáo sư tại NRES, giám đốc sáng lập của ASC, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Mặc dù phương pháp này đã được thử nghiệm ở Champaign và các quận xung quanh Illinois, nhưng Guan cho biết nhóm đang làm việc để mở rộng quy mô công nghệ ra vùng Trung Tây rộng lớn hơn và toàn quốc. Giờ đây, các cảm biến và máy tính trên không đã được cài đặt để phát hiện bằng chứng về việc làm đất bằng cách sử dụng hình ảnh mặt đất, nên có thể bỏ qua hoặc giảm thiểu ảnh mặt đất trong lần lặp lại tiếp theo.

Huỳnh Thị Đan Anh theo Phys.org