Wykorzystanie reflektometrii GNSS do tworzenia map wilgotności gleby
Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu MISTRALE zaprojektowali system mierzący wilgotność gleby metodą reflektometrii GNSS za pośrednictwem przelatujących na niskiej wysokości dronów. System, będący nadal w fazie prototypu, tworzy wysokiej rozdzielczości mapy gleby na podstawie sygnałów z systemów nawigacji satelitarnej Galileo lub GPS. Mapy te pomogą rolnikom podejmować lepsze decyzje co do czasu i miejsca nawadniania oraz pozwolą podmiotom zarządzającym gospodarką wodną lepiej zrozumieć takie zjawiska pogodowe jak powodzie czy nasycenie gruntu wodą. Reflektometria GNSS (GNSS-R) to technologia teledetekcji, w której do poznania różnych zjawisk naturalnych wykorzystuje się sygnały satelitarne odbite od powierzchni Ziemi. Zespół MISTRALE opracował system mierzący bezpośrednie sygnały GNSS dochodzące z satelitów oraz odbite od gruntu sygnały pośrednie, a następnie porównujący je celem określenia wilgotności gleby. Zespół zbudował również czujnik GNSS-R i anteny zdolne do śledzenia sygnałów satelitarnych w ruchu i zamontował je na niewielkim bezzałogowym statku powietrznym – tzw. dronie. Zaprojektowanie kompaktowych i lekkich podzespołów okazało się prawdziwym wyzwaniem. „Cały system – czujnik, anteny i procesor – musiał ważyć mniej niż 2 kg i być najmniejszy jak tylko to możliwe” – mówi César Roda, kierownik projektu MISTRALE realizowanego przez belgijską firmę M3 Systems. Przyszłościowe urządzenie Z myślą o przyszłości badacze zdecydowali się na czujnik wieloczęstotliwościowy, który może obsługiwać nie tylko sygnały GPS L1 i Galileo E1, ale również Galileo E5. „Wieloczęstotliwościowy i wielokonstelacyjny odbiornik to najnowocześniejsze rozwiązanie technologiczne” – twierdzi dr Roda. „Użycie go w GNSS-R otworzy wiele możliwości i pozwoli badaczom odkryć wiele nowych zastosowań”. Podczas pierwszego lotu testowego, który odbył się nad rezerwatem Camargue na południu Francji w sierpniu 2015 roku, zgromadzono 22 gigabajty danych wykorzystanych później do dopracowania algorytmów przetwarzania. Na to lato i jesień zaplanowano dodatkowe loty nad polami ziemniaków w Holandii, winnicami we Francji i kopalnią odkrywkową w Hiszpanii. Obecnie zespół MISTRALE zajmuje się optymalizacją systemu i ma nadzieję ukończyć prace nad prototypem, który będzie w stanie tworzyć mapy gleby w rozdzielczości 50 m x 50 m, przed zakończeniem projektu pod koniec 2017 roku. Zaprojektowany specjalnie do tego badania dron – bezzałogowy statek powietrzny o dalekim zasięgu – może przelecieć ponad 1000 km w linii prostej lub latać przez osiem godzin z niewielką prędkością i na małej wysokości bez zatrzymywania się. Inteligentne rolnictwo i zapobieganie powodziom Oczekuje się, że głównymi beneficjentami projektu MISTRALE będą rolnicy, którym zebrane przez system informacje przydadzą się do inteligentnego nawadniania i pozwolą zmniejszyć zużycie wody. System z pewnością sprawdzi się też do tworzenia map terenów zalanych podczas powodzi. „W przeciwieństwie do naziemnych systemów monitorowania możemy dokonywać pomiarów na obszarach zalanych wodą nawet poprzez rośliny, ponieważ nasz system »widzi« poprzez drzewa” – dodaje dr Roda. „System MISTRALE może być też wykorzystywany przez podmioty odpowiedzialne za ochronę przeciwpowodziową. Jeśli wiesz, jak mokra jest gleba, możesz podejmować lepsze decyzje dotyczące działań zapobiegających powodziom” – podsumowuje dr Roda.
Słowa kluczowe
MISTRALE, wilgotność gleby, reflektometria GNSS, mapy w wysokiej rozdzielczości, inteligentna uprawa, powódź, zapobieganie powodziom