המחקר מבוצע על ידי: מאשה מייליכוב, פרופ' עפר שיר, ד"ר און רבינוביץ, פרופ' רפי לינקר וד"ר אסף חן – צוות חוקרים ממיגל – תל חי והטכניון.
מקרה בוחן: השקיה בעודף/חוסר
כתב: ד"ר אסף חן
חישה מרחוק מספקת פלטים בצורת מפות-אותות, באורכי-גל ורזולוציות מרחביות ע"פ דרישה. מפות-חישה כאלו משמשות לעיתים כקלט לאלגוריתמי בינה מלאכותית למטרת סיווג/זיהוי מצבי-עולם מוגדרים – ע"י שימוש בגישות בינה מלאכותית מודרניות, כדוגמת רשתות נוירונים עמוקות. אולם, זמינות של חיישנים עשויה להיות מוגבלת במקרים מסוימים: חישה מרחוק קבועה בתדירות גבוהה לרוב מתבצעת ברזולוציה מרחבית נמוכה (למשל באמצעות לוויינים), בעוד שחישה מרחוק ברזולוציה מרחבית גבוהה תסופק באופן ספורדי בביצוע ע"פ דרישה (למשל באמצעות גיחות רחפן).
בדיקת מדדים פיזיולוגים לצמח החמנית. צולם על ידי: מאשה מייליכובמפות של חישה קבועה עשויות שלא להכיל מידע מספק עבור אלגוריתמי למידה מסוימים, ובכך להביא לכדי תוצאה של "לומד חלש". המידע החסר לשם השגת "לומד חזק" עשוי להימצא במפות ספורדיות של חישה ע"פ דרישה. בהינתן מכלול כזה של מפות-חישה, אשר נמסרו כפלטים של מגוון אמצעי חישה מרחוק – משימת סיווג נתונים למצבי עולם מוגדרים מהווה אתגר חישובי והנדסי גדול – לדוגמא, זיהוי מצבי עקה בגידולי שדה חקלאיים (עקת מים/דישון/מחלות). המחקר הנוכחי מציע דרך חדשה לבחינת מפות חישה שונות ממגוון אמצעי חישה, אשר נוצרו באופן בלתי-תלוי – כמכלול משלים של קלטים לצרכי למידת מכונה. חדשנות ההצעה טמונה בהיתוך של מכלול מפות כזה לכדי מרחב קלט אפקטיבי לשם השגת "לומד חזק" בבעיית הסיווג. ובמילים פשוטות: ללמוד לראות בעזרת לוויין מה שניתן לראות כיום רק בעזרת רחפן.
המחקר במשק המודל בנווה יער עקב אחר תגובת החמנית המצויה (Helianthus annuus) והקרקע לעקת מים הנגרמת על ידי השקיה דיפרנציאלית. הניסוי התבצע בחלקה בגודל של כ-22 דונם וכלל ארבעה טיפולי השקיה בחמש חזרות המסודרות במבנה של בלוקים באקראי, סה"כ 20 חלקות בגודל 32×35 מ' כל אחת. חלקת הניסוי נסרקה באמצעות חיישנים מולטי-ספקטרלי ותרמי (איור 1) המותקנים על גבי רחפן. בנוסף נעשה שימוש בהדמאות לוויינים (Sentinel-2 ו-Venµs) בתאריכים החופפים את סריקות הרחפן. אימות ממצאי החישה מרחוק נעשו מול איסוף נתונים קרקעיים באמצעות מכשיר TDR שמודד את המקדם הדיאלקטרי של הקרקע אשר קיים קשר חזק בינו לבין תכולת רטיבות הקרקע, ובעקיפין להסיק מסקנות על מצב עקות יובש בצמח. בנוסף, בכל חלקה נבחרו כשישה צמחים שנוטרו פיזיולוגית לאורך הניסוי בתדירות שבועית.
איור 1: צילום חלקת הניסוי מתאריך 19.07.2020 (לאחר סיום ההשקיה) באור נראה (A), על ידי חיישן תרמי (B), מדד צמחי GRVI שהופק מצילום האור הנראה (ככל שהמדד גבוה יותר, מצב בריאות הצמח טוב יותר, ולהיפך) (C), ומדידת גובה החמניות בחלקות השונות (D). כל חלקת ניסוי מסומנת במסגרתה בצבע לפי כמות המים שקיבלה במהלך עונת הגידול.
במהלך עונת הגידול נצפתה בשטח כמות גדולה של עשב טפיל מסוג עלקת החמנית (Orobanche / Broomrape), והשפעתו על החמנית נבדקה אף היא. מכיוון שלצמח העלקת אין כלורופיל, הוא תלוי לחלוטין בצמחים אחרים להשגת חומרי תזונה וצמיחה. העלקת מתחברת לשורש הצמח ויונקת ממנו חומרי תזונה ומים. עוצמת נגיעות העלקת נמדדה לפי ריכוז תפוצתה בחלקת הניסוי (איור 2).
איור 2: ריכוז עשב טפיל עלקת החמנית בשדה הניסוי
מצילומי הרחפן והדמאות הלוויינים הופקו מדדים צמחיים שתפקידם להפריד את הצמחייה מהרקע (קרקע) ולאפיין את מצב בריאות הצמח (איור 1). נעשה שימוש בחיישן תרמי המודד את טמפ' הצמח ומתוך כך נותן מידע לגבי מצב בריאות הצמח: כחלק מתהליך הפוטוסינתיזה, הצמח מאדה מים וכתוצאה מכך מתקרר. צמח הנמצא בעקת יובש (מחסור במים) יוריד את קצב האידוי, ולפיכך צמחים בעקה חמים יותר מצמחים ללא עקה.
מניתוח ראשוני של התוצאות עולה כי לכמות ההשקיה יש קשר ישיר למצב בריאות הצמח (איור 3). כמו כן, אזורים בהם ריכוז העלקת היה גבוה יותר, הצמחים היו בעקה גבוהה יותר והדבר התבטא גם בכמות היבול. בשלב הבא של המחקר ננסה לענות על השאלה כיצד רמות העקה כפי שבאו לידי ביטוי בצילומי הרחפן, באות לכדי ביטוי בהדמאות הלוויינים, והאם באמת יש אפשרות לזהות עקות אלו על-ידי "לומד חלש" משופר!
איור 3: מעקב תרמי אחר ארבע חלקות נבחרות עם טיפולי השקיה שונים לאורך עונת הגידול. הקו השחור מסמן את מועד הפסקת ההשקיה.
