Prévoir Les Rendements Du Tabac Et Du Coton Avec WOFOST
L’Azerbaïdjan a désigné l’agriculture comme l’une des quatre industries prioritaires pour diversifier son économie. Bien que le secteur ne représentait que 5,88% du PIB en 2021, il employait 36% de la population. Les produits locaux ont une forte reconnaissance de la marque sur les marchés des États post-soviétiques et se vendent souvent à prix élevés. Le soutien gouvernemental au secteur comprend des subventions, des avantages fiscaux et des subventions pour les machines, les engrais et les pesticides.
La prévision du rendement des cultures à l’échelle du champ, région et pays est indispensable pour mener les recherches agricoles, la gestion des exploitations agricoles et la prise de décision en matière d’importation et d’exportation.
Cette étude de cas expliquera comment l’EOSDA a prévu les rendements du tabac et du coton pour la saison 2018 sur la base des résultats du modèle WOFOST.
Défi : Trouver La Méthode Optimale De Prévision Des Rendements Du Coton Et Du Tabac Au Niveau Du Région
Le projet que nous avons réalisé était à grande échelle et comprenait la classification de plusieurs cultures, en plus de la prévision des rendements du coton et du tabac. Les prévisions devaient être faites pour des champs dans deux régions d’Azerbaïdjan – Shaki et Sabirabad.
Le coton, souvent appelé “l’or blanc” du pays, a une longue tradition de cultivation. Sa production a culminé au cours de la période soviétique. En 1981, la part de l’Azerbaïdjan dans la culture du coton de l’URSS atteignait près de 10 %, ce qui représentait 1,5 % de la production mondiale . Après l’effondrement de l’Union soviétique, il a chuté (l’accent de l’Azerbaïdjan sur l’industrie pétrolière était également un facteur concomitant). À la recherche de sources de revenus prometteuses après la flambée mondiale des prix du pétrole en 2014-2016, la République d’Azerbaïdjan a repris son intérêt pour la secteur du coton . Par rapport à l’année commerciale 2015/2016, la superficie consacrée au coton en 2022/2023 a quadruplé, tandis que le rendement à l’hectare a augmenté d’environ 1,6 fois .
Shaki fait partie de la région économique Shaki-Zaqatala qui dépend de l’agriculture, y compris la cultivation du tabac. Les autorités azerbaïdjanaises ont également souligné l’importance de la culture de cette plante, compte tenu son potentiel d’exportation .
Solution : Analyser Les Données Statistiques, Météorologiques, Pédologiques Et Phénologiques Avec Le Modèle WOFOST
Un client a fourni des informations statistiques sur les rendements du coton et du tabac au niveau du région de 2000 à 2017.
L’équipe, à son tour, a recueilli les données restantes. Ils comprenaient :
- Statistiques avec les caractéristiques de la culture nécessaire pour qu’un modèle fasse des prédictions ou des calculs
- Localisation géographique des champs et de leurs superficies
- Dates de transplantation des plants de tabac de serres ou de pépinières.
- Données météorologiques (humidité, précipitations, vitesse du vent, températures maximales et minimales) du Système mondial de télécommunications (SMT) et de certains modèles spécifiques d’estimation de l’évapotranspiration et du rayonnement global.
- Données sur le sol (teneur en humidité du sol et profondeur d’enracinement).
De plus, l’équipe du projet a trouvé les dates optimales de semis/transplantation pour le tabac et le coton pour 2010-2018.
Les données météorologiques historiques sont également indispensables pour de telles tâches. Les spécialistes les ont extrait des ensembles de données NASA POWER. Les paramètres météorologiques des ensembles de données NASA POWER sont tirés de la rétro-analyse de l’ère moderne pour la recherche et les applications (MERRA-2) et des modèles d’assimilation GEOS version 5.12.4 . MERRA-2 est une nouvelle version du Goddard Earth Observing System (GEOS) développé au Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) du Goddard Space Flight Center de NASA.
Les données GEOS 5.12.4 sont traitées quotidiennement et ajoutées à la fin de la série chronologique quotidienne MERRA-2 pour fournir des données à faible latence qui sont généralement prêtes environ en 4 jours. Les valeurs MERRA-2 dans la série chronologique quotidienne sont généralement mises à jour tous les quelques mois. Ainsi, ces données peuvent être utilisées en temps réel et sont particulièrement utiles pour les tâches liées aux prévisions de rendement.
Les scientifiques ont utilisé WOFOST, World Food Studies Simulation Model, pour l’analyse des données . Il s’agit d’un modèle mécaniste pour l’analyse quantitative de la croissance et de la production annuelles des cultures basée sur des processus de base comme la photosynthèse, la respiration et la dépendance de ces processus aux conditions environnementales.
Nous avons une grande expérience de travail avec ce modèle éprouvé. De plus, il convient à de nombreux types de cultures.
Le rendement de chaque culture a été prédit en trois étapes.
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Étape 1 : Adaptation Des Paramètres Du Modèle
Les spécialistes doivent ajuster plusieurs valeurs de paramètres du modèle pour estimer la biomasse du coton et du tabac avec le modèle WOFOST tout en tenant compte des conditions climatiques et pédologiques.
Étape 2 : Faire Des Simulations Pour Estimer La Biomasse Des Cultures Pour 2010-2017
Les membres de l’équipe ont lancé WOFOST dans Python Crop Simulation Environment. La simulation de culture représente une interaction entre la plante et l’environnement dans lequel elle pousse. Ainsi, tout modèle de croissance des cultures prédit l’état final de la biomasse totale ou du rendement récoltable avec l’information quantitative sur les principaux facteurs de la croissance et le développement des cultures (état du sol, gestion des cultures comme le semis, l’irrigation ou l’application d’engrais).
En conséquence, les spécialistes ont calculé DVS (stade de développement de la végétation), TAGR (biomasse aérienne totale), LAI (indice de surface foliaire), SM (humidité du sol), TWLV (poids total des feuilles vivantes) et TWSO (poids total de organes de stockage souterrains).
Étape 3 : Estimation Des Rendements Du Coton Et Du Tabac Pour 2018
L’équipe a choisi une approche statistique pour la prévision des rendements. Pendant la première étape, ils ont calculé le TWLV du tabac et le TAGR du coton au 1er juillet 2018, avec des valeurs DVS spécifiques. Après cela, les scientifiques ont compté ces paramètres de culture pour 2010-2017 et ont choisi les mêmes valeurs DVS pour trouver une relation linéaire entre les biomasses calculées et le rendement statistique réel pour chaque grille dans les régions de Shaki et de Sabirabad.
Une erreur type pour les rendements de tabac prévus pour 2010-2017 était 70 kg par hectare. Les spécialistes ont utilisé des données historiques pour valider la méthode de prévision de rendement choisie, car les données réelles n’étaient pas disponibles à l’époque. On pourrait interpoler cette erreur aux résultats de 2018. Quant au coton, il était de 150 à 190 kg par hectare, selon une grille.
Résultat : Prévision De Rendement Pour Le Coton Et Le Tabac
L’équipe du projet a préparé le rapport avec les rendements prévus de tabac pour les champs de la région de Shaki et les rendements de coton pour les terres agricoles de la région de Sabirabad pour la saison 2018.
Nous avons commencé à travailler sur le projet en avril 2018 et avons présenté les résultats en octobre de la même année. Bien que la collecte et l’analyse des données durent environ trois semaines, nous devons attendre la fin des saisons de culture du coton et du tabac. Il était important pour le client de comparer nos calculs avec les rendements réels des cultures.
À propos de l'auteur:
Natalia Ivanchuk est titulaire d'un Master en mathématiques appliquées de l'Université nationale d'ingénierie de l'eau et de l'environnement. Elle est l'auteure de plus de 60 publications scientifiques, monographies et autres ouvrages scientifiques. L'expertise de Natalia et son désir constant d'apprendre et de perfectionner ses compétences en programmation (C++, C#, JS, Python) ont été des plus bénéfiques pour EOS Data Analytics.
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