Αναγνώριση του φυτού της κάνναβις με υπερφασματικά τηλεπισκοπικά μέσα
Από RemoteSensing Wiki
Αναγνώριση του φυτού της κάνναβις με υπερφασματικά τηλεπισκοπικά μέσα Αφορμή για την συγκεκριμένη εργασία πέρα απο την επιστημονική γνώση αποτέλεσε η αυξημένη καλλιέργεια χασις και μαριχουάνας καθώς και η εκτεταμένη χρήση τους απο τους ανθρώπους. Στόχος της εργασίας-μελέτης ήταν ο προσδιορισμός της φασματικής υπογραφής της κάνναβης ,κανοντας χρήση υπερφασματικών τηλεπισκοπικών μέσων, σε συνθήκες μικρής καλλιέργειας εμπλουτισμένης με άλλα καλλιεργήσιμα είδη. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε τρια στάδια. Αρχικά σε εργαστηρικές συνθήκες προσδιορίστηκε η φασματική υπογραφή της κάνναβης. Τα τεχνολογικά μέσα που χρησιμοποιήθηκαν στο συγκεκριμένο στάδιο ήταν σπεκτόμετρα πεδίου και υπερφασματική κάμερα. Σε δεύτερο στάδιο κάνοντας χρηση σπεκτόμετρου παρατηρήθηκαν τα φυτά της κάνναβης απο απόσταση 25μ και 80μ αντίστοιχα. Στο τελεύταιο στάδιο παρατηρήθηκε και προσδιορίστηκε η φασματική υπογραφή της κάνναβης κάνοντας χρήση αεροφωτογραφιών υπερφασματικής απεικόνισης (400-1000nm φασματικής εμβέλειας).
Συμφώνα με τα έως τότε δεδομένα και συμφώνα με το World Drug Report, United Nation, 2006 η χρήση δορυφόρων μικρής χωρικής ανάλυσης-δυναμικής τύπου Spot 5 είχαν την ικανότητα να προσδιορίσουν και να ξεχωρίσουν απο αέρος φυτείες κάνναβης. Παρόλα αυτά οι εικόνες αυτές μπορούσαν να δώσουν σαφή συμπεράσματα και ενδείξεις για πολύ μεγάλες εκτάσεις.
Υπόθεση της συγκεριμένης εργασίας ήταν αρχικά η δυνατότητα χρήσης υπερφασματικών εικόνων υψηλής χωρικής ανάλυσης που θα οδηγούσαν στην αναγνώριση του φυτού και θα το έκαναν ευδιάκριτο ανάμεσα σε άλλα είδη.
Στο πρώτο στάδιο καλλιεργήθηκαν φυτάρια κάνναβης για 3 μήνες που απέκτησαν μέσο ύψος 0.3 μέτρα στο βοτανικό κήπο του Tel Aviv University. 15 απο τα φυτά αναμείχθηκαν στο χώρο με άλλα βότανα(ζιζάνια) και δέντρα. Εντός του εργαστηρίου κάνοντας χρήση σπεκτόμετρου Field Spec®Pro Spectrometer (Analytical Spectral Device (ASD), Inc.,Boulder, Colorado, USA), και δύο διαφορετικων υπερφασματικών καμερών - χωρικής ανάλυσης απο 0.6 έως 1.2m - προσδιορίστηκε η ανακλαστικότητα του φυτού απο κοντινή απόσταση. Επίσης μελετήθηκε ταυτόχρονα και η φασματική συμπεριφορά άλλων 6 καλλιεργίσιμων ειδών που καλλιεργούνται στο Ισραήλ.
Πιό συγκεκριμένα τα φυτά της κάνναβης για την μελέτη αναμείχθηκαν με εσπερειδοηδή και ζιζάνια. Η μελέτη έγινε απο απόσταση ενός μέτρου στο εργαστήριο και απο 25 και 80 μέτρα χάρις στις υπερφασματικές κάμερες που χρησιμοποιήθηκαν στο πεδίο. Επίσης κανοντάς χρήση του υπερφασματικού δέκτη The AISA Eagle Hyperspectral sensor (400 bands) και κάτω απο καλές καιρικές συνθήκες ληφθηκάν δεδομένα για την κάνναβη στην περιοχή Kibbutz Revadim απο ύψος 500 μέτρων (1500 ft). Η χωρική ανάλυση των εικόνων ήταν στα 0.3 μέτρα.
Στο εργαστήριο, πάρθηκαν δείγματα φασματικής συμπεριφοράς (με βάση το φύλλο) εννιά διαφορετικών ειδών και προσεγγίστηκε με μια προσομοιώση του μέσου όρου η φασματική υπογραφή του έκαστου φυτού.
Φασματικά δεδομένα εισήχθησαν στο πρόγραμμα Unscrambler Software, v9.1 CAMO 1986-2004 για μαθηματική και στατιστική ανάλυση. Τα δεδομένα περιορίστηκαν απο δεδομένα για 480 bands σε δεδομένα 120 αρχικά και έπειτα 68 καναλιών. Χρησιμοποιήθηκε το φίλτρο των by Savitzky και Golay για την απαλοιφή του υπάρχοντος θορύβου. Επίσης χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος PCA (principal component analysis) με στόχο την μείωση της συσχέτισης και την δημιουργία πιο ανεξάρτητων και πιο χρήσιμων σε δυνητική πληροφορία δεδομένων περιορίζοντας τον αριθμό των μεταβλητών. Τέλος έγινε χρήση της Spectral Linear Unmixing (SLU) method.
Η PCA στο φάσμα μεταξύ 700-730 nm “πρόδοσε’’ την τάση του φυτού cannabis sativa να ανακλά έντονα όσο πλησιάζουμε τα 700nm κοντά δηλαδή στο μικροκυματικό (shortwave). Η μελέτη έδειξε ακόμα πώς το φυτό της κάνναβης είναι ευδιάκριτο στα bands μεταξυ 530-550 nm, στα 670-680 nm και στα 705-720nm.
Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν την δυνατότητα αναγνώρισης της κάνναβης ανάμεσα σε άλλα φυτά κάνοντας χρήση υπερφασματικών εικόνων που ληφθηκαν απο διαφορα ύψη.
