❱❱ Τι είναι και τι κάνει η τηλεπισκόπηση
Μ
ε τον όρο τηλεπισκόπηση εννοούμε την απόκτηση πληροφοριών σχετικά με ένα αντικείμενο της γήινης επιφάνειας από απόσταση, χρησιμοποιώντας όργανα που δεν έρχονται σε επαφή με το αντικείμενο αυτό.
Η τηλεπισκόπηση βρίσκει πολυάριθμες εφαρμογές σε τομείς όπως η γεωργία, το περιβάλλον, οι φυσικοί πόροι, η θάλασσα, η ενέργεια, τα έργα υποδομής και οι μεταφορές. Χρησιμοποιείται ευρέως από έναν ολοένα αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών σε παγκόσμιο επίπεδο και αξιοποιεί τεχνολογίες και αλγορίθμους της Επιστήμης των Δεδομένων για την ευφυή επεξεργασία των δεδομένων.
Συγκεκριμένα, στη γεωργία, η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται όχι μόνη της, αλλά σε συνδυασμό με εργαλεία της Επιστήμης των Δεδομένων για να εκτιμήσει την αναμενόμενη απόδοση των καλλιεργειών, τον προσδιορισμό της ποσότητας της σοδειάς που θα συγκομιστεί κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, την αναγνώριση των ειδών των καλλιεργειών, την εκτίμηση ζημιών από ακραία καιρικά φαινόμενα, όπως πλημμύρες, καθώς και τη χαρτογράφηση όλων των παραπάνω.
Η NEUROPUBLIC έχει αναπτύξει ένα πληροφοριακό σύστημα που αναγνωρίζει τα διαφορετικά είδη καλλιεργειών στην Ελλάδα και παράγει στατιστικά στοιχεία για τη γεωγραφική τους κατανομή. Οι μέθοδοι και τα εργαλεία επιστήμης δεδομένων που αξιοποιεί η NEUROPUBLIC βρίσκονται στην αιχμή της τεχνολογίας του χώρου της Γεωπληροφορικής και της Τεχνητής Νοημοσύνης.
❱❱ Τα τεχνολογικά εργαλεία της NEUROPUBLIC για την αξιοποίηση των δορυφορικών εικόνων
Οι τρέχουσες τάσεις στην αγορά Παρατήρησης της Γης, που οδηγούνται από τη σημαντική αύξηση των εφαρμογών τηλεπισκόπησης, έχουν ως αποτέλεσμα ολοένα και μεγαλύτερες απαιτήσεις για δορυφορικές εικόνες, αυξάνοντας έτσι την ποσότητα των δεδομένων που δημιουργούνται.
Ακολουθώντας τις τεχνολογικές εξελίξεις και απαιτήσεις, η NEUROPUBLIC έχει ήδη αναπτύξει και συνεχώς εξελίσσει ένα πρωτοποριακό λογισμικό επεξεργασίας δορυφορικών εικόνων, το EarthInsight. Το EarthInsight αποτελεί μια αυτόματη αλυσίδα επεξεργασίας εικόνων περιλαμβάνοντας όλα τα απαραίτητα βήματα για την επεξεργασία και την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, συνεισφέροντας έτσι στον αυτοματισμό και στη γρήγορη ανάπτυξη υπηρεσιών τηλεπισκόπησης. Το EarthInsight υποστηρίζει όλους τους σύγχρονους δορυφόρους (οπτικούς και τεχνολογίας ραντάρ) συμπεριλαμβανομένων των Sentinel-1,2,3 του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) και Landsat-8 της NASA.
Μέσα σε λίγα λεπτά από τη λήψη της εικόνας, πραγματοποιούνται αυτόματα όλα τα σημαντικά στάδια της ψηφιακής επεξεργασίας, όπως είναι η γεωμετρική και ραδιομετρική διόρθωση, η φασματική ενίσχυση, καθώς και ο υπολογισμός φασματικών δεικτών, όπως για παράδειγμα οι δείκτες βλάστησης.
To EarthInsight τρέχει σε υπολογιστές υψηλής απόδοσης στο υπολογιστικό νέφος, μειώνοντας σημαντικά τον χρόνο επεξεργασίας των δεδομένων. Με αυτόν τον τρόπο, δίνεται η δυνατότητα άμεσης αξιοποίησης των πληροφοριών των δορυφορικών εικόνων. Για παράδειγμα, μετά από ένα έντονο καιρικό φαινόμενο όπως ο καύσωνας, το EarthInsight επεξεργάζεται γρήγορα τα δορυφορικά δεδομένα και δίνει πληροφορίες για την κατάσταση της υγείας μιας καλλιέργειας ακόμη και μέσα στην ίδια ημέρα της λήψης της εικόνας.
Επίσης, ο πολύ μεγάλος αποθηκευτικός χώρος της πλατφόρμας αποθήκευσης δεδομένων του EarthInsight δίνει πρόσβαση σε εκτενές ιστορικό αρχείο εικόνων (αρχείο από το 2015) και τη δυνατότητα για ανάλυση σχετικά με την ανίχνευση αλλαγών, καθώς και συσχέτιση με τη γονιμότητα του εδάφους.
❱❱ Η τηλεπισκόπηση στο σύστημα ευφυούς γεωργίας gaiasense
Το EarthInsight βρίσκει εφαρμογή στον τομέα της γεωργίας, όντας ένα από τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται από σύστημα ευφυούς γεωργίας gaiasense.
Το gaiasense της NEUROPUBLIC αποτελεί ένα πολυδιάστατο σύστημα ευφυούς γεωργίας, με κάθε διάσταση να αντιστοιχεί σε διαφορετική πηγή δεδομένων. Πρόκειται για α) ατμοσφαιρικά και εδαφικά δεδομένα που καταγράφουν οι αισθητήρες των επίγειων σταθμών του gaiasense στο χωράφι, β) για επιτόπιες παρατηρήσεις και μετρήσεις που κάνουν οι γεωργικοί σύμβουλοι, για γ) καταγραφές καλλιεργητικών εργασιών των παραγωγών και δ) για τις δορυφορικές εικόνες του EarthInsight που επεξεργάζονται κατάλληλα εξειδικευμένοι επιστήμονες της NEUROPUBLIC.
Έτσι, οι δορυφορικές εικόνες αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα της ολιστικής προσέγγισης του gaiasense που βασίζεται σε ακριβή δεδομένα, επιστημονική γνώση και πρακτική εμπειρία για να εξασφαλίσει την καλύτερη δυνατή διαχείριση της αγροτικής παραγωγής.
Το gaiasense μπορεί να αξιοποιήσει εικόνες που καταγράφονται από δορυφόρους, αεροσκάφη και άλλα εναέρια μέσα που είναι εξοπλισμένα με υπερσύγχρονα συστήματα καταγραφής εικόνων. Μέσα από τη διάσταση gaiasense remote, οι χρήστες του gaiasense μπορούν να έχουν μια λεπτομερή και επίκαιρη εικόνα για την κατάσταση τόσο της καλλιέργειας όσο και του εδάφους.
Σε αυτό το πλαίσιο, χρησιμοποιούνται δείκτες, όπως ο δείκτης βλαστικότητας/ευρωστίας των φυτών (NDVI) και ο δείκτης υδατικής κατάστασης του εδάφους (NDWI), οι οποίοι οπτικοποιούνται μετά από κατάλληλη επεξεργασία των εικόνων που συλλέγονται. Αυτοί οι δείκτες αξιοποιούνται σε συνδυασμό με πληροφορίες από τις άλλες διαστάσεις/πηγές δεδομένων του gaiasense, προκειμένου να εξαχθούν χρήσιμες πληροφορίες για την κατάσταση της καλλιέργειας.
❱❱ Η τηλεπισκόπηση υποστηρίζει τη διαχείριση της αγροτικής παραγωγής
Ούσα μία από τις διαστάσεις του συστήματος ευφυούς γεωργίας gaiasense της NEUROPUBLIC, η τηλεπισκόπηση συμβάλλει σημαντικά στη βελτίωση της αγροτικής παραγωγής. Σε συνδυασμό με δεδομένα από άλλες πηγές, καθώς και συμπληρωματικές τεχνολογίες, η τηλεπισκοπική διάσταση του gaiasense επιτρέπει στους παραγωγούς να διαχειρίζονται καλύτερα τους διαθέσιμους πόρους (φυσικούς, χημικούς, βιολογικούς κ.λπ.), να έχουν μια πλήρη και αναλυτική εικόνα της εκμετάλλευσής τους από τον υπολογιστή τους και να μπορούν να παρατηρήσουν άμεσα τυχόν προβλήματα της κάθε καλλιέργειάς τους.
EarthInsight: Δορυφορική εικόνα Sentinel-2 (ESA)
χωρικής ανάλυσης 10 μέτρων σε 3 διαφορετικούς φασματικούς συνδυασμούς:
 |
 |
 |
Οι χρήστες των υπηρεσιών του gaiasense έχουν πρόσβαση σε δορυφορικές φωτογραφίες που ενημερώνονται σε τακτά χρονικά διαστήματα, καθώς και σε κατάλληλα επεξεργασμένες δορυφορικές εικόνες που δίνουν πληροφορίες για χρήσιμους δείκτες, όπως ο NDVI. Με αυτόν τον τρόπο, ωφελούνται οι παραγωγοί μεγάλου αριθμού καλλιεργειών σε πολλές περιοχές της Ελλάδας και του εξωτερικού, όπου η NEUROPUBLIC υλοποιεί έργα ευφυούς γεωργίας βασισμένα στο σύστημα gaiasense.
❱❱ Γεωργία ακριβείας και απόδοση καλλιεργειών
Χρησιμοποιώντας τεχνολογίες αιχμής και αναπτύσσοντας προχωρημένο λογισμικό, η NEUROPUBLIC προσφέρει λύσεις τόσο για τη γεωργία ακριβείας όσο και για την παρακολούθηση των καλλιεργειών. Οι υπηρεσίες παρακολούθησης και απεικόνισης των καλλιεργειών έχουν σκοπό τη βελτίωση της απόδοσης της παραγωγής, τη μείωση του κόστους, καθώς και τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Επιπρόσθετα, η χρήση πολλαπλών δεικτών βλάστησης όπως είναι ο NDVI – κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης, ο LAI – δείκτης φυλλικής επιφάνειας, ο SAVI εδαφικά προσαρμοσμένος δείκτης βλάστησης και ο ARVI – ατμοσφαιρικά διορθωμένος δείκτης, μπορούμε να διακρίνουμε την παραλλακτικότητα εντός του αγροτεμαχίου, εντοπίζοντας με ακρίβεια τις προβληματικές περιοχές.
Εφαρμόζοντας την τεχνική της ζωνοποίησης και αξιοποιώντας τη φασματική πληροφορία των δορυφορικών εικόνων, καθορίζονται οι ζώνες διαχείρισης του αγροτεμαχίου, κατατάσσοντας παράλληλα τα διάφορα διακριτά τμήματα της καλλιέργειας από το αποδοτικότερο έως το πιο αδύναμο, έτσι ώστε ο παραγωγός να χρησιμοποιεί αυτή την πληροφορία για επιτόπια επιθεώρηση.
Οι παραπάνω υπηρεσίες προσφέρονται σε παραγωγούς, γεωργικούς συνεταιρισμούς, καθώς και σε εταιρείες ή βιομηχανίες του αγροδιατροφικού τομέα μέσα από ολοκληρωμένες, εξατομικευμένες πλατφόρμες και εφαρμογές.
❱❱ Ταξινόμηση καλλιεργειών και monitoring
Εφαρμόζοντας όλες τις νέες τεχνολογίες απεικόνισης για την παρακολούθηση της Κοινής Αγροτικής Πολιτικής, η NEUROPUBLIC έχει αναπτύξει μια σειρά υπηρεσιών που στηρίζονται σε ένα αυτόματο σύστημα επεξεργασίας εικόνων και προσφέρουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την ταυτοποίηση των ειδών των καλλιεργειών, την κατάσταση της υγείας τους και τη χαρτογράφησή τους.
Για την άντληση των παραπάνω χαρακτηριστικών χρησιμοποιούνται τελευταίας τεχνολογίας εργαλεία δορυφορικής τηλεπισκόπησης, σε συνδυασμό με τεχνικές επιστήμης των δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα, οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης και τα στατιστικά μοντέλα που έχει αναπτύξει εφαρμόζονται για την αυτόματη αναγνώριση των καλλιεργειών με χρονοσειρές εικόνων του Sentinel-2 για όλη την Ελλάδα, με ακρίβεια που ξεπερνάει το 92%. Επίσης, χρησιμοποιώντας χρονοσειρές δεδομένων Sentinel, αναπτύσσονται αυτόματοι σημαντήρες για τον εντοπισμό συγκεκριμένων συμβάντων που σχετίζονται με την κάλυψη του εδάφους (π.χ. όργωμα, συγκομιδή, χορτοκοπή). Οι σημαντήρες αυτοί παράγονται μέσω της μηχανικής μάθησης ή άλλων αλγορίθμων, που είναι κατάλληλοι για την επεξεργασία μεγάλων δεδομένων, αξιοποιώντας τις μεταβολές των δορυφορικών σημάτων σε βάθος χρόνου.
Τέλος, στο πλαίσιο της νέας προσέγγισης της παρακολούθησης (monitoring), όπου θα λαμβάνονται υπόψη νέες πληροφορίες ανά πάσα στιγμή κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου, η NEUROPUBLIC αναπτύσσει μια καινοτόμο εφαρμογή φωτογραφιών με γεωσήμανση (geotagged images).
Η εφαρμογή λειτουργεί σε κινητά τηλέφωνα και tablets και αποθηκεύει στη φωτογραφία τις συντεταγμένες λήψης και την τοποθετεί στον χάρτη. Αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο που προσφέρει πρόσθετα αποδεικτικά στοιχεία και μπορεί να έχει σημαντικά οφέλη τόσο για τους γεωργούς, που τους βοηθά να εκπληρώνουν τις απαιτήσεις τους και αυξάνει τη συμμόρφωση, όσο και για τις διοικητικές αρχές, μειώνοντας τη διοικητική επιβάρυνση.
Ακολουθώντας την προτροπή της ΕΕ, που ενθαρρύνει τη χρήση νέων τεχνολογιών, ψηφιοποίησης και αυτοματισμών, σχετικά με την παρακολούθηση των άμεσων στρεμματικών ενισχύσεων, η NEUROPUBLIC έχει σχεδιάσει και συνεχώς αναπτύσσει υπηρεσίες για τους παραγωγούς και τους οργανισμούς πληρωμών, που εκπληρώνουν τις απαιτήσεις της ΕΕ για το κλίμα και το περιβάλλον, όσο και των σχετικών επιδόσεων. Συνοπτικά, οι υπηρεσίες για τη συνεχή παρακολούθηση (monitoring) καλύπτουν τα εξής:
● Ταξινόμηση καλλιεργειών με χρονοσειρές εικόνων και μηχανική μάθηση.
● Συνεχής παρακολούθηση καλλιεργειών με χρονοσειρές εικόνων και δημιουργία αυτόματων σημαντήρων (markers) για την παρακολούθηση των μεταβολών της καλλιέργειας.
● Εφαρμογή φωτογραφιών με γεωσήμανση.
❱❱ Η τηλεπισκόπηση στο επίκεντρο ευρωπαϊκών συνεργατικών έργων
Η NEUROPUBLIC έχει αποκτήσει σημαντική τεχνογνωσία και εμπειρία στον τομέα της τηλεπισκόπησης, με ειδίκευση σε εφαρμογές στον αγροτικό τομέα. Έμπειροι ερευνητές σε θέματα Παρατήρησης της Γης συνεργάζονται με μηχανικούς πληροφορικής, γεωπόνους και άλλους ειδικούς με σκοπό την ανάπτυξη λύσεων βασισμένων στην τηλεπισκόπηση.
Η εμπειρία αυτή, εκτός των έργων ευφυούς γεωργίας που η NEUROPUBLIC υλοποιεί εντός και εκτός Ελλάδας, βρίσκει εφαρμογή και μέσα από τη συμμετοχή της σε ευρωπαϊκά έργα, όπως τα παρακάτω:
NIVA (www.niva4cap.eu)
Στο πλαίσιο του έργου NIVA, Οργανισμοί Πληρωμών από εννέα κράτη-μέλη της ΕΕ συνεργάζονται με στόχο την υλοποίηση ενός νέου οράματος για το Ολοκληρωμένο Σύστημα Διαχείρισης και Ελέγχου (ΟΣΔΕ), που αποτελεί το μέσο για τη διακυβέρνηση της ΚΑΠ.
Το NIVA θα εκμεταλλευτεί το δορυφορικό πρόγραμμα Copernicus, θα αξιοποιήσει δεδομένα και τεχνολογίες Παρατήρησης της Γης και θα καθορίσει τους κατάλληλους μηχανισμούς για την αυξημένη διαλειτουργικότητα μεταξύ διάφορων υποσυστημάτων, όπως τα ανοιχτά δεδομένα, τα συστήματα διαχείρισης των γεωργικών εκμεταλλεύσεων, τα σύγχρονα γεωργικά μηχανήματα και τους αισθητήρες πεδίου.
Στο πλαίσιο του έργου NIVA, η NEUROPUBLIC συνεργάζεται με τον ΟΠΕΚΕΠΕ για την ανάπτυξη του συστήματος τηλεπισκόπησης για την απομακρυσμένη και αυτοματοποιημένη παρακολούθηση καλλιεργειών μέσω δορυφορικών εικόνων Sentinel 1 & 2. Το σύστημα αυτό θα ενσωματωθεί σε ένα καινοτόμο σύστημα υποστήριξης λήψης αποφάσεων, με σκοπό να προσφέρει σημαντικά δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, όσον αφορά την ταξινόμηση των καλλιεργειών και συγκεκριμένων κριτηρίων επιλεξιμότητας.
Τα συστήματα που θα αναπτυχθούν, στο πλαίσιο του έργου, θα εφαρμοστούν σε ευρωπαϊκό επίπεδο και αναμένεται να συμβάλουν σημαντικά στην αυτοματοποιημένη λήψη αποφάσεων όσον αφορά προγράμματα ενίσχυσης αγροτών, μειώνοντας την ανάγκη για επιτόπιους ελέγχους καθώς και το κόστος, τόσο για τους αγρότες, όσο και για τους οργανισμούς πληρωμών.
e-shape (https://e-shape.eu/)
Στόχος του έργου e-shape είναι η ανάπτυξη υπηρεσιών βασισμένων σε τεχνολογίες και δεδομένα Παρατήρησης της Γης, σε συνεργασία με τους τελικούς χρήστες. Το έργο θα υλοποιήσει τεχνολογικό περιβάλλον που θα επιτρέψει την εκμετάλλευση των δυνατοτήτων της τηλεπισκόπησης για την αντιμετώπιση κοινωνικών προκλήσεων, την ενθάρρυνση της επιχειρηματικότητας και την υποστήριξη της αειφόρου ανάπτυξης στην Ευρώπη, πάντα βασισμένο στην τηλεπισκόπηση.
Πρόκειται για μια δραστηριότητα με ιδιαίτερη σημασία, καθώς το e-shape θα επιτρέψει στην Ευρώπη να εδραιωθεί ως παγκόσμια δύναμη στον τομέα Παρατήρησης της Γης μέσω της αξιοποίησης του προγράμματος Copernicus, αξιοποιώντας τις υπάρχουσες ευρωπαϊκές ικανότητες και βελτιώνοντας την αξιοποίηση των δεδομένων από τις υποδομές του Group on Earth Observations (GEO).
Η NEUROPUBLIC συμμετέχει σε πιλοτικό του έργο, το οποίο έχει ως αντικείμενο την υποστήριξη των αγροτών στη μετάβασή τους στην ευφυή γεωργία, με την παροχή εργαλείων τα οποία όχι μόνο εξασφαλίζουν τη συμμόρφωση με την ΚΑΠ, αλλά βοηθούν επίσης στην υιοθέτηση και στην εφαρμογή πρακτικών ευφυούς γεωργίας.
Το πρόγραμμα αξιοποιεί δεδομένα Copernicus σε συνδυασμό με εδαφικά και μετεωρολογικά που καταγράφονται από τους αισθητήρες των αγρομετεωρολογικών σταθμών της NEUROPUBLIC, καθώς και άλλα δεδομένα από διάφορες πηγές. Η συγκεκριμένη δράση αποσκοπεί στην υποστήριξη της χρήσης δεδομένων τηλεπισκόπησης σε υπηρεσίες ευφυούς γεωργίας και στην παροχή πληροφοριών σχετικά με την πρόβλεψη του ύψους παραγωγής, τη διάβρωση του εδάφους, την καταλληλότητα μιας καλλιέργειας σε συγκεκριμένη περιοχή και την εφαρμογή φιλικών προς το περιβάλλον καλλιεργητικών πρακτικών.
Επίσης, συνδυάζοντας τα δεδομένα σταθμών του gaiasense με δορυφορικές εικόνες Copernicus, η NEUROPUBLIC αναπτύσσει υπηρεσίες για τον τομέα των γεωργικών ασφαλίσεων σχετικά με την πρόβλεψη περιβαλλοντικών κινδύνων όπως πλημμύρες, βροχές, καύσωνες, καθώς και την καταγραφή της ζημιάς μετά από κάποιο έντονο καιρικό φαινόμενο.
Συνεργασία με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος
Η NEUROPUBLIC έχει αναπτύξει μια μακρόχρονη σχέση συνεργασίας με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (European Space Agency – ESA). Μέσα από αυτήν τη συνεργασία, η NEUROPUBLIC έχει αποκτήσει πολύτιμη εμπειρία και τεχνογνωσία στον τομέα των δορυφορικών τεχνολογιών και δεδομένων, η οποία βρίσκει εφαρμογή σε τομείς όπως η ευφυής γεωργία.
❱❱ Πάνος Ηλίας
|
Η χρήση τεχνικών τηλεπισκόπησης δεν είναι κάτι νέο στη γεωργία. Οι βασικές επιστημονικές αρχές υπάρχουν εδώ και δεκαετίες, ωστόσο περαιτέρω βελτιώσεις στις τεχνολογίες πληροφορικής και του Διαστήματος έχουν οδηγήσει σε πληθώρα εφαρμογών, επειδή περισσότερα δεδομένα είναι διαθέσιμα καθημερινά σε παγκόσμια κλίμακα και οι δυνατότητες επεξεργασίας τους είναι πιο γρήγορες και εξελιγμένες.❱❱ Βασίλης Σιτοκωνσταντίνου,
Επιστημονικός συνεργάτης,
Κέντρο Αριστείας BEYOND,
Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών
Οι δορυφορικές αποστολές Copernicus Sentinel, από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή και τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος, μας επιτρέπουν για πρώτη φορά την έγκαιρη και συστηματική παρακολούθηση των αγροτικών περιοχών σε μεγάλες κλίμακες, με ελάχιστο κόστος και υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα.
Τα δορυφορικά δεδομένα Copernicus, σε συνδυασμό με τις πρόσφατα διαθέσιμες υπολογιστικές υποδομές υψηλών επιδόσεων, αλλά και τις σχετικές τεχνολογίες διαχείρισης μεγάλων δεδομένων, αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη προηγμένων αγροτικών εφαρμογών που διαχειρίζονται μεγάλες γεωργικές εκτάσεις και δίνουν αξιόπιστη πληροφορία ακόμη και στο επίπεδο του αγροτεμαχίου. Η ευφυής γεωργία, η επισιτιστική ασφάλεια, αλλά και η παρακολούθηση της Κοινής Αγροτικής Πολιτικής είναι οι θεματικοί τομείς που επωφελούνται άμεσα από τις ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων ετών.
