И.А. Сидоров1, А.Г. Гудков2, Е.П. Новичихин3, Н.Ф. Хохлов4, А.Г. Болотов5, С.В. Чижиков6, В.Э. Пчелинцев7, В.С. Синавчиан8

1–8 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
 2 ООО «НПИ ФИРМА «ГИПЕРИОН» (Москва, Россия)
 3 Институт радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН (Москва, Россия)
4,5 РГАУ МСХА им. К.А. Тимирязева» (Москва, Россия)
 

Постановка проблемы. Внедрение технологий точного земледелия в практику сельскохозяйственного производства является актуальной задачей, решение которой позволило бы обеспечить устойчивое развитие растениеводства, снижение затрат и экономию водных ресурсов. Необходим непрерывный контроль основных физико-химических параметров, определяющих урожайность сельскохозяйственных культур: количества тепла, света и влаги, полученных растениями, а также контроль биохимического состава почвы, определяющего плодородие. Существующие стандартные методы определения влажности почвы трудоемки, дороги и недостаточно оперативны. Перспективным методом решения обозначенной проблемы является метод пассивного дистанционного зондирования земной поверхности при помощи СВЧ-радиометров.

Цель. Продемонстрировать результаты натурных экспериментов по дистанционному определению портретов влажности почвы, проведенных в различных климатических зонах при помощи нового двухполяризационного СВЧ-радиометра с борта БПЛА и наземных подвижных платформ.

Результаты. Проведены натурные эксперименты по дистанционному определению портретов влажности и температуры поверхности почвы в Краснодарском крае, Московской области и республике Крым. Получены карты портретов влажности и температуры поверхности почвы. Проверена электромагнитная совместимость СВЧ-радиометра с системами мобильных носителей. Подготовлены данные для внесения в базу данных радиометрических измерений почв.

Практическая значимость. Проведенные работы позволят уточнить некоторые параметры СВЧ-радиометрической системы. Накопление базы данных радиометрических измерений позволит в дальнейшем использовать технологи искусственного интеллекта для уточнения алгоритмов пересчета яркость-влажность и внедрения разработанного оборудования и алгоритмов в технологические процессы выращивания сельскохозяйственных культур обеспечивает устойчивое развитие технологий растениеводства, повышение урожайности и получение дополнительной прибыли предприятием АПК.

Сидоров И.А., Гудков А.Г., Новичихин Е.П., Хохлов Н.Ф., Болотов А.Г., Чижиков С.В., Пчелинцев В.Э., Синавчиан В.С. Результаты натурных экспериментов по дистанционному определению портретов влажности почвы (часть 2) // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2023. Т. 15. № 1. С. 41–53. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202301-04

1. Сидоров И.А., Гудков А.Г., Новичихин Е.П., Леушин В.Ю., Хохлов Н.Ф., Болотов А.Г., Чижиков С.В. Результаты натурных экспериментов по дистанционному определению портретов влажности почвы (часть 1) // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век». 2022 № 4. С. 45–60. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202204-05
2. Сидоров И.А., Новичихин Е.П., Гудков А.Г., Чижиков С.В., Болотов А.Г., Хохлов Н.Ф., Порохов И.О. Моделирование процесса приема собственного радиотеплового излучения земной поверхности // РЭНСИТ: Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2022. № 14(4). С. 359–372. DOI: 10.17725/rensit.2022.14.359.
3. Гуляев Ю.В., Шутко А.М., Сидоров И.А. и др. СВЧ-радиометрия земной и водной поверхностей: от теории к практике. София: Академическое издательство имени проф. Марина Дринова. 2014. ISBN 978-954-322-708-2
4. Сидоров И.А. Результаты исследования устойчивости и однозначности решения уравнений Френеля в задачах радиометрического зондирования земной поверхности // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2021. № 3. С. 452–453.
5. Gudkov A.G., Agasieva S.V., Sidorov I.A., Khokhlov N.F., Chernikov A.S., Vagapov Y. A portable microwave radiometer for proximal measurement of soil permittivity // Computers and Electronics in Agriculture. July 2022. V. 198. DOI:10.1016/j.compag. 2022.107076
6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2022613925. Программа обработки данных дистанционного влагомера и построения карт / И.А. Сидоров, С.В. Агасиева, Е.Н. Горлачева, Е.П. Новичихин, А.Г. Гудков. 2022.
7. Parrens M., Wigneron J.-P., Richaume P., Mialon A., Al Bitar A., Fernandez-Moran R., Al-Yaari A., Kerr Y.H. Global-scale surface roughness effects at L-band as estimated from SMOS observations. Remote Sensing of Environment. 2016. V. 181. P. 122–136. URL: https://doi.org/10.1016/j.rse.2016.04.006.dfd
8. Jackson T.J., Schmugge T.J. Vegetation effects on the microwave emission of soils. Remote Sensing of Environment. 1991. V. 36. Is. 3. P. 203–212. URL: https://doi.org/10.1016/0034-4257(91)90057-D
9. Сидоров И.А. Методы определения влажности почвы для системы точного земледелия // Нанотехнологии: разработка, применение. 2018. Т. 10. № 4. С. 44–50. DOI:10.18127/j22250980-201804-06
10. Хохлов Н.Ф., Болотов А.Г., Сидоров И.А., Гудков А.Г., Новичихин Е.П., Чижиков С.В. Эвристический и прикладной потенциал совмещения микроволнового влажностно-температурного зондирования почвы и фотосъемки в фациально-дифференцированных агрогеосистемах // Журнал радиоэлектроники. 2022. № 11. DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.11.18
11. Болотов А.Г., Шеин Е.В., Сидоров И.А. Метод определения влажности почвы в системе адаптивного-ландшафтного земледелия // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2021. Т. 13. № 4. С. 10–14.
12. «Федеральный научный центр риса»: [Электронный ресурс]. URL: https://vniirice.ru. (Дата обращения: 22.02.2023)
13. Сидоров И.А., Гудков А.Г., Обливанцов В.В., Ермолов П.П., Новичихин Е.П., Леушин В.Ю., Агандеев Р.В. Радиометрическое дистанционное определение портретов влажности почвы на винограднике в Крыму // Электромагнитные волны и электронные системы. 2022. Т. 27. № 5. С. 65−70. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202205-09
14. Shutko A., Coleman T., Haldin A., Sidorov I., Novichikhin E.et al. Rover and robotic aerial platforms for microwave radiometric remote sensing: The IRE-Vega-AAMU joint collaboration, Novosibirsk, Russia. 2005. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 229021937_Joint_USA-Russia_Field_Experiment_in_Alabama_on_Microwave_Radiometry_of_Soil-Vegetation_System
15. Archer F., Shutko A., Coleman T., Sidorov I., Novichikhin E., Haldin A., Thompson W.L. II. Microwave radiometric measurements of soil moisture at L-band and C-band using a rover and unmanned aerial system. In Press: Accepted for pub-lication in IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2006. 5 p.
16. Viscarra Rossel R.A., Walvoort D.J.J., McBratney A.B., Janik L.J., Skjemstad J.O. Visible, near infrared, mid infrared or combined diffuse reflectance spectroscopy for simultaneous assessment of various soil properties. Geoderma 2006. V. 131. Is. 1–2. P. 59–75. ISSN 0016-7061, URL: https://doi.org/10.1016/j.geoderma. 2005.03.007