Η άρδευση αποτελεί κύριο καταναλωτή του νερού παγκοσμίως. Σχεδόν το 60% του συνόλου των υδάτινων πόρων παγκοσμίως που αντλούνται από επίγειους και υπόγειους ταμιευτήρες, δαπανάται για την άρδευση καλλιεργειών. Το ποσοστό αυτό στην Ελλάδα φτάνει το 80-85%. Ένα μεγάλο μέρος των υδάτων αυτών χάνεται από διαρροές των δικτύων άρδευσης, ενώ ένα εξίσου μεγάλο μέρος σπαταλιέται λόγω κακών πρακτικών άρδευσης και έλλειψης προγραμματισμού. Το ποσοστό του αρδευτικού νερού που δαπανάται σε διαρροές δικτύων και υπεράρδευση, κυμαίνεται από 40-60% ανάλογα με την περιοχή . Η διαχείριση υδάτων άρδευσης, εμπίπτει στις ποσοτικές και ποιοτικές απαιτήσεις της Ευρωπαϊκής Οδηγίας Water Framework Directive [2000/60/EC], για περιοχές με ξηρασία.

Διάφοροι επιστημονικοί κλάδοι, έχουν συνεισφέρει τις τελευταίες δεκαετίες, στην έρευνα και ανάπτυξη λύσεων, για την αποδοτική διαχείριση των αρδευτικού νερού, μέσω μεθόδων βασισμένων στην μικρομετεωρολογική παρατήρηση και την χρήση εξειδικευμένων αισθητήρων (FAO-ASCE) . Τα αποτελέσματα των μεθοδολογιών που έχουν αναπτυχθεί, στοχεύουν αφενός στην αύξηση της παραγωγής και της ποιότητας των αγροτικών προϊόντων, αφετέρου στην παροχή ευέλικτων εργαλείων για τον έλεγχο της κατανάλωσης νερού σε τοπική και περιφερειακή κλίμακα.

Ο Δείκτης Υδατικής Καταπόνησης Καλλιέργειας (Crop Water Stress Index - CWSI), είναι ένα μέσο ποσοτικού προσδιορισμού διαθεσιμότητας νερού μίας καλλιέργειας, μέσω μετρήσεων υπέρυθρης θερμοκρασίας (IR) του φυλλώματος (φυτοκόμης), σε συνδυασμό με μικρομετεωρολογικές παρατηρήσεις (θερμοκρασία και σχετική υγρασία της ατμόσφαιρας). Η θερμοκρασία της φυτοκόμης (canopy) αποτελεί δείκτη της υδατικής κατάστασης της καλλιέργειας, επειδή τα στομάτια του φυλλώματος κλείνουν ανταποκρινόμενα στην εξάντληση του νερού, προκαλώντας ελάττωση της διαπνοής (transpiration), και αύξηση της θερμοκρασίας του φύλλου. Αντίθετα, η επάρκεια νερού στο έδαφος, διατηρεί τα στομάτια ανοικτά και έντονο ρυθμό διαπνοής, με συνέπεια την ελάττωση της θερμοκρασίας του φυλλώματος, σε σχέση με την ατμοσφαιρική θερμοκρασία πάνω από την καλλιέργεια.
Ο υπολογισμός του CWSI γίνεται με προσδιορισμό της σχετικής απόστασης μεταξύ δύο γραμμών τάσης, όπου η πρώτη (μπλέ) αντιπροσωπεύει την επάρκεια νερού στο έδαφος (πλήρης διαπνοή) και η δεύτερη (κόκκινη) την έλλειψη εδαφικού νερού (σχεδόν μηδενική διαπνοή). Οι γραμμές τάσης αντιπροσωπεύουν, την διαφορά θερμοκρασίας του φυλλώματος σε σχέση με το Έλλειμμα Κορεσμού της ατμόσφαιρας (Vapor Pressure Deficit, VPD) και με τον αέρα, όπως εμφανίζονται στην δίπλα εικόνα. Απαιτούνται 2 στάδια:

• Βαθμονόμηση: πειραματική καταγραφή δεδομένων εδαφικής υγρασίας, θερμοκρασίας φυλλώματος και μικροπεριβαλλοντικών μεταβολών στην περιοχή της καλλιέργειας, τουλάχιστον για μία καλλιεργητική περίοδο.
• Εφαρμογή του CWSI για τον προσδιορισμό της υδατικής κατάστασης της καλλιέργειας, με ακριβείς παρατηρήσεις της θερμοκρασίας του φυλλώματος και ενός θερμο-υγρόμετρου.

Η λήψη μετρήσεων υπέρυθρης θερμοκρασίας της φυτικής επιφάνειας (φυτοκόμης) μιας καλλιέργειας για την εφαρμογή του CWSI, αναγνωρίζεται σήμερα ως ένα αποτελεσματικό μέσο δυναμικής διαχείρισης των υδατικών πόρων. Ωστόσο, παρά την πρόοδο που έχει σημειωθεί τα τελευταία χρόνια, η διασύνδεση (αμφίδρομη αλληλεπίδραση) της ατμοσφαιρικής οριακής στρώσης πάνω από την καλλιέργεια και της φυτοκόμης, είναι δύσκολο να μετρηθεί σε όλες τις συνθήκες ανάπτυξης της καλλιέργειας, πλην ελαχίστων ευνοϊκών (πλήρης ηλιοφάνεια, ώρες μέγιστης διαπνοής), κατά την διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου.

Οι σύγχρονες τεχνικές θερμικής τηλεμετρίας που σχετίζονται με την υδατική κατανάλωση, περιορίζονται συνήθως από την ατμοσφαιρική περατότητα και την έλλειψη επαρκούς χρονικής και χωρικής ανάλυσης (στην περίπτωση χρήσης δορυφορικών εικόνων) και από τους φυσικούς περιορισμούς σημειακών παρατηρήσεων στο έδαφος (στην περίπτωση χρήσης επίγειων σταθερών αισθητήρων). Επιπλέον, το κόστος μίας μόνιμης εγκατάστασης, λειτουργίας και συντήρησης ενός επίγειου δικτύου υπέρυθρων αισθητήρων, ανά καλλιέργεια, μπορεί να είναι απαγορευτικό, σε μικρή και/ή μεγάλη κλίμακα.

Πιο συγκεκριμένα:

• Μέθοδοι βασισμένες στην ανάλυση δορυφορικών εικόνων, αν και σαφώς οικονομικότερες σε σχέση με συμβατικές επίγειες μεθόδους, παρέχουν μία γενική και χαμηλής ευκρίνειας αποτύπωση της αρδευομένης περιοχής , η οποία απαιτεί περαιτέρω επεξεργασία και βαθμονόμηση, χωρίς την δυνατότητα άμεσης και ακριβούς ποσοτικής μέτρησης ανά είδος καλλιέργειας, σε εκτεταμένη περιοχή με διαφορετικές καλλιέργειες (αστοχία της τάξης του 60%). Σημαντικό επιπλέον μειονέκτημα, αποτελεί η παρεμβολή των ατμοσφαιρικών συνθηκών ιδιαίτερα νεφώσεων, που περιορίζουν την λήψη μέτρησης σε επιθυμητό χρόνο κατά την διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Τέλος, τα δορυφορικά συστήματα καταγράφουν την θερμική ακτινοβολία στο άνω τμήμα της ατμόσφαιρας (TOA), η οποία έχει διέλθει ήδη 2 φορές μέσα από αυτήν και δεχτεί την επίδρασή της, ανάλογα με το μήκος κύματος, με αποτέλεσμα χαμηλή ραδιομετρική ανάλυση. Έτσι, η χρήση δορυφορικών μεθόδων περιορίζεται σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας, κυρίως διαχείρισης κόστους και λήψης αποφάσεων για υδάτινους πόρους αρδευομένων περιοχών (αντλητικά συγκροτήματα για άρδευση, παρακολούθηση και έλεγχο των πλημμυρών).
• Μέθοδοι βασισμένες στην εγκατάσταση σταθερών επίγειων υπέρυθρων θερμομέτρων, βελτιώνουν σημαντικά την χρονική και χωρική ανάλυση των μετρήσεων, όμως απαιτούν μεγάλο αριθμό αισθητήρων και στηρίξεων, με μόνιμες εγκαταστάσεις μέσα στην καλλιέργεια, καθώς ο στόχος του κάθε αισθητήρα αποτελείται ιδανικά μόνο από τα διαπνέοντα φύλλα της φυτοκόμης, ώστε να είναι αντιπροσωπευτική η μέτρηση. Λόγω του υψηλού κόστους εγκατάστασης και λειτουργίας, αλλά και του παρεμβατικού χαρακτήρα της, η επίγεια εγκατάσταση υπέρυθρων θερμομέτρων περιορίζεται σε ερευνητικό επίπεδο, και εφαρμόζεται κυρίως στην βαθμονόμηση καλλιεργειών, για αποτύπωση του CWSI .

Η χρήση μικρών μη-επανδρωμένων εναέριων συστημάτων (Unmanned Aerial Systems - UAS) για την τηλεσκοπική αποτύπωση της κατάστασης μίας καλλιέργειας, αποτελεί μία ταχύτατα αναπτυσσόμενη εναλλακτική λύση σε υπάρχοντα δορυφορικά και σταθερά επίγεια συστήματα παρακολούθησης, με δεδομένο το χαμηλό κόστος λειτουργίας, την υψηλή χωρική και χρονική ανάλυση που παρέχουν και την ευελιξία τους στην λήψη μετρήσεων και εικόνας. Λόγω του χαμηλού στιγμιαίου οπτικού πεδίου (Instantaneous Field of View) που έχουν, καθώς και το ότι δεν επιδέχονται την επίδραση της ατμόσφαιρας, μιας και πετούν σε χαμηλό ύψος, προσδίδουν δεδομένα υψηλής ραδιομετρικής ανάλυσης και ευκρίνειας. Η άμεση και ακριβής χωρική καταγραφή  της θερμοκρασίας δίνει το πλεονέκτημα της εκτίμησης του CWSI και της ανάγκης άρδευσης σε πραγματικό χρόνο για κάθε βαθμονομημένη φυτοκάλυψη.