EOS-4 dual-polarised and Hybrid polarimetric data utilization for field crops and plantation monitoring

भारत के आर्द्र, बादलों से घिरे मानसून में, अंतरिक्ष से फसल को बढ़ते हुए देखना लंबे समय से किस्मत का खेल रहा है। ऑप्टिकल उपग्रह, जो तस्वीरें लेने के लिए दृश्य प्रकाश (विज़िबल लाइट) पर निर्भर करते हैं, अक्सर घने कोहरे, धुंध या उस निरंतर बारिश से अंधे हो जाते हैं जो बढ़ते मौसम की विशेषता है। जब आसमान धूसर होता है, तो ऊपर से दृश्य गायब हो जाता है, जिससे किसान और वैज्ञानिक अपने खेतों के स्वास्थ्य के बारे में अंधे रह जाते हैं। इसे हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक अलग तरह की आँख की ओर रुख किया: रडार। एक कैमरे के विपरीत जिसे प्रकाश की आवश्यकता होती है, रडार अदृश्य माइक्रोवेव पल्स भेजता है जो जमीन से टकराकर वापस उपग्रह की ओर लौटते हैं, जिससे वह बादलों और अंधेरे के पार देख पाता है। यह तकनीक पौधों की भौतिक संरचना और उनमें मौजूद पानी के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील है, जो इसे खराब मौसम में भी कृषि को ट्रैक करने के लिए एक विश्वसनीय उपकरण बनाती है। वर्षों से, वैज्ञानिकों ने इन रडार संकेतों का उपयोग चावल और अन्य फसलों का मानचित्रण करने के लिए किया है, लेकिन एक नए उपग्रह ने हाल ही में पृथ्वी को देखने का एक अधिक सटीक और बहुमुखी तरीका प्रदान किया है, जो पौधों की वृद्धि के बारे में उन विवरणों को प्रकट करने का वादा करता है जो पहले छिपे हुए थे।

भारत के रिमोट सेंसिंग और स्पेस साइंस संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में ईओएस-4 (EOS-4) के प्रक्षेपण के साथ इस नई क्षमता का परीक्षण किया, जो उन्नत रडार उपकरणों को ले जाने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उपग्रह है। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह नया डेटा केवल यह पहचानने से कहीं अधिक कर सकता है कि कौन सी फसलें उग रही हैं; वे यह जानना चाहते थे कि क्या यह बीज बोने के क्षण से लेकर अंतिम कटाई तक, खेत के दैनिक जीवन को ट्रैक कर सकता है, और यहाँ तक कि चाय के बागानों के जटिल, बहु-वर्षीय चक्रों की निगरानी भी कर सकता है। अध्ययन में दो बहुत अलग परिदृश्यों पर ध्यान केंद्रित किया गया: आगरा के समतल, अर्ध-शुष्क मैदान, जहाँ किसान चावल और बाजरा उगाते हैं, और पालमपुर के धुंध भरे, पहाड़ी चाय के बागान। पूरे क्षेत्रों को कवर करने वाले व्यापक-क्षेत्रीय स्कैन को विशिष्ट खेतों के उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्नैपशॉट के साथ जोड़कर, टीम ने मानचित्रित किया कि कैसे फसलों के बढ़ने, पकने और कटाई होने के दौरान रडार सिग्नल बदलते हैं।

आगरा के खेतों में, शोधकर्ताओं ने मानसून के मौसम के दौरान चावल और बाजरा को देखा। चावल, जिसे अक्सर जलमग्न धान के खेतों में लगाया जाता है, एक अनूठा संकेत प्रस्तुत करता है। जब खेतों में पहले बाढ़ आती है और युवा पौधों का रोपण किया जा रहा होता है, तो रडार सिग्नल बहुत कमजोर होता है क्योंकि चिकनी पानी की सतह एक दर्पण की तरह कार्य करती है, जो सिग्नल को उपग्रह से दूर परावर्तित कर देती है। जैसे-जैसे चावल लंबा होता जाता है और पत्तियां हवा को भरना शुरू करती हैं, सिग्नल मजबूत होता जाता है और अधिक तीव्रता से वापस लौटता है। टीम ने पाया कि समय के साथ इन परिवर्तनों को देखकर, वे जल्दी, समय पर या देरी से लगाए गए चावल के बीच अंतर कर सकते हैं, जिससे जिले में कटाई के कार्यक्रम का एक स्पष्ट चित्र बनता है। बाजरा, एक कठोर अनाज जो शुष्क परिस्थितियों में पनपता है, एक अलग पैटर्न दिखाता है। जैसे-जैसे पौधे खाली मिट्टी से घने, ऊंचे डंठल में बदलते हैं, रडार सिग्नल लगातार बढ़ता है, जो फसल के पूर्ण आकार पर चरम पर होता है। शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट इंडेक्स (सूचकांक) का उपयोग किया, जो इस गणना पर आधारित है कि रडार पौधों से कैसे टकराता है, ताकि उनकी वृद्धि को ट्रैक किया जा सके। उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे फसल हरी-भरी होती है, यह इंडेक्स बढ़ता है और फिर जब पौधे सूख जाते हैं और उनकी कटाई हो जाती है, तो यह फिर से गिर जाता है, जिससे केवल अवशेष या बंधे हुए डंठल बच जाते हैं। इसने उन्हें सटीक रूप से यह बताने में सक्षम बनाया कि फसल कब काटने के लिए तैयार थी और कब खेत खाली थे।

पौधों को अधिक विस्तार से समझने के लिए, टीम ने उपग्रह के एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन मोड का भी उपयोग किया जो अविश्वसनीय स्पष्टता के साथ व्यक्तिगत खेतों को देख सकता था। उन्होंने जमीन से भौतिक नमूने एकत्र किए, पौधों के वजन और उनकी ऊंचाई को मापा, और इन संख्याओं की तुलना रडार डेटा से की। उन्होंने पाया कि नए रडार सिग्नल जीवित पौधों की मात्रा, जिसे बायोमास कहा जाता है, और पत्तियों के क्षेत्र के प्रति अत्यधिक संवेदनशील थे, भले ही फसलें बहुत घनी क्यों न हों। रडार सिग्नल को विभिन्न प्रकार के 'बाउंस' (टकराव) में तोड़कर, वे एक कटे हुए खेत की चिकनी सतह, एक 'डबल बाउंस' जो तब होता है जब सिग्नल जमीन और फिर एक ऊर्ध्डे डंठल से टकराता है, और एक 'वॉल्यूम बाउंस' जो पत्तियों के घने छत्र के माध्यम से बिखरता है, के बीच अंतर कर सकते थे। विवरण के इस स्तर का अर्थ था कि वे न केवल यह देख सकते थे कि वहां फसल मौजूद है, बल्कि यह भी अनुमान लगा सकते थे कि वह कितनी है और कितनी स्वस्थ है, और वह भी बिना खेत में कदम रखे।

अध्ययन ने पालमपुर के चाय बागानों की ओर भी ध्यान दिया, जो एक ऐसी फसल है जो वार्षिक अनाजों से बहुत अलग व्यवहार करती है। चाय एक बारहमासी पौधा है, जिसका अर्थ है कि यह साल दर साल बढ़ता है, और इसका मूल्य सबसे नई पत्तियों और कलियों को चुनने के समय पर निर्भर करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि रडार झाड़ियों की छंटाई के विशिष्ट क्षणों और पत्तियों की कटाई के समय का पता लगा सकता है। जब चाय की झाड़ियों की छंटाई की जाती थी, तो रडार पौधों की संरचना में बदलाव देखता था, और जैसे-जैसे नई पत्तियां बढ़ती थीं, सिग्नल फिर से बदल जाता था। उन्होंने देखा कि बागानों में छाया देने वाले पेड़ों की उपस्थिति एक निरंतर सिग्नल बनाती है, लेकिन चाय की झाड़ियाँ स्वयं कटाई या सुप्त शीतकालीन अवस्था के आधार पर विशिष्ट परिवर्तन दिखाती हैं। डेटा ने खुलासा किया कि समय पर छंटाई और कटाई से रडार रिटर्न में विशिष्ट पैटर्न बनते हैं, जिससे मानसून की भारी बारिश के दौरान भी इन आर्थिक चरणों की निगरानी करना संभव हुआ, जो पारंपरिक अवलोकन के लिए लगभग असंभव समय है।

निष्कर्ष बताते हैं कि यह नया उपग्रह प्रणाली उन क्षेत्रों में कृषि प्रबंधन के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है जहाँ मौसम अक्सर दृश्य को बाधित करता है। यह विभिन्न प्रकार की फसलों के बीच अंतर करने, उनकी वृद्धि के चरणों को सटीकता से ट्रैक करने और उनकी भौतिक स्थिति का अनुमान लगाने में सक्षम सिद्ध हुआ। बादलों और कोहरे के पार देखने की क्षमता का अर्थ है कि किसान और योजनाकार अनुमान के बजाय वास्तविक समय के डेटा के आधार पर निर्णय ले सकते हैं। हालांकि यह अध्ययन चावल, बाजरा और चाय पर केंद्रित था, यहाँ विकसित की गई विधियाँ एक ऐसे भविष्य की ओर इशारा करती हैं जहाँ रडार विभिन्न प्रकार की फसलों और बागानों की निगरानी कर सकता है, जो मौसम की परवाह किए बिना खाद्य आपूर्ति पर एक निरंतर, विश्वसनीय दृष्टि प्रदान करता है।