Remote Sensing Applications for Viticultural Terroir Analysis
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Remote Sensing Applications for Viticultural Terroir Analysis
Συγγραφείς: Andrew Hall
Πηγή: Elements June 01, 2018, Vol.14, 147
Link πρωτότυπης εργασίας: https://doi.org/10.2138/gselements.14.3.147
Λέξεις-κλειδιά: Αμπελώνας, βλάστηση, φαινολογία, LiDAR, τοπογραφία, χωρική ανάλυση
Aντικείμενο εφαρμογής
Η αξιοποίηση μη-επανδρωμένων εναέριων συστημάτων, η ανάπτυξη των τεχνολογιών επεξεργασίας και ανάλυσης των εικόνων και η δυνατότητα παρακολούθησης των αμπελώνων μέσω δορυφορικών παρατηρήσεων ολοένα και εντείνεται. Ο κλάδος της Τηλεπισκόπησης δίνει λύση σε εφαρμογές της αμπελουργίας ακριβείας μέσω τεχνικών χωρικής και χρονικής ανάλυσης, υπερφασματικής ανάλυσης και παρατηρήσεων της κλιματολογίας. Οι τεχνικές αυτές μελετώνται σε επίπεδο αμπελώνα και αμπελοτεμαχίων.
Το κλίμα, τα χαρακτηριστικά του εδάφους και η τοπογραφία αποτελούν καθοριστικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες για τη χαρτογράφηση και τη ποσοτικοποίηση των αμπελώνων. Η παρούσα εργασία εστιάζει στα προϊόντα της Τηλεπισκόπησης τα οποία ποσοτικοποιούν τις χωρικές διαφορές στους περιβαλλοντικούς παράγοντες που αναφέρθηκαν παραπάνω και ασκούν επιρροή στους αμπελώνες.
Τεχνολογίες Τηλεπισκόπησης και Δείκτες Βλάστησης
Οι τεχνολογίες της Τηλεπισκόπησης που βρίσκουν εφαρμογή στην αμπελουργία, περιλαμβάνουν τα οπτικά και θερμικά δεδομένα, τα δεδομένα LiDAR, και η μικροκυματική. Την πιο κοινή μέθοδο αποτελεί η Τηλεπισκόπηση με αξιοποίηση οπτικών δεδομένων η οποία παράγει επίπεδη εικόνα δυο διαστάσεων (2-D). Η Τηλεπισκόπηση που κάνει χρήση πολυφασματικών συστημάτων, συλλέγει προσεγγιστικά δεδομένα από 3-30 κανάλια. Τα ευρέως χρησιμοποιούμενα κανάλια είναι το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε του ορατού φάσματος και το εγγύς υπέρυθρο. Η μετάδοση της εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας (750-900nm) από τα φύλλα των αμπελιών, επιδρά με τα κατώτερα επίπεδα των φύλλων και έτσι παρέχουν πληροφορίες για τη ποικιλομορφία της βλάστησης του αμπελώνα.
Υπάρχουν πολλοί δείκτες στη Τηλεπισκόπηση που περιγράφουν τη φωτοσυνθετική ικανότητα της βλάστησης. Ο κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης (NDVI), είναι εκείνος που χρησιμοποιείται συχνότερα. Ο δείκτης αυτός υπολογίζεται από την κανονικοποιημένη διαφορά μεταξύ ενός ορατού και ενός υπέρυθρου καναλιού. Στην εικόνα 2 παραθέτονται παραδείγματα χαρτογράφησης 2 διαφορετικών αμπελοτεμαχίων με χρήση του δείκτη NDVI. Ο δείκτης λαμβάνει τιμές από -1 έως 1 όπου στις υψηλότερες τιμές του, αναμένεται μεγαλύτερη πυκνότητα βλάστησης. Τιμές κάτω από το 0, εντοπίζονται σπάνια στη φύση.
Τηλεπισκόπηση των αμπελώνων
Οι διαφορετικές απεικονίσεις της εικόνας 2, έχουν υποστεί ελάχιστη επεξεργασία και χρησιμεύουν στη ποιοτική αναπαράσταση των διαφόρων τύπων βλάστησης στους αμπελώνες. Για τη ποσοτική ανάλυση, απαιτούνται δεδομένα εικόνων από ξεχωριστά τμήματα του αμπελώνα. Για την επίτευξη υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας, ως χωρική περιοχή επιλέγονται μεμονωμένα φυτά του αμπέλου.
Πιο συγκεκριμένες μετρήσεις που στοχεύουν στη διερεύνηση συγκεκριμένων ιδιοτήτων των αμπελιών, όπως η συγκέντρωση της χλωροφύλλης του φυτού και η περιεκτικότητα του φυτού σε νερό, δύναται να επιτευχθούν μέσω της υπερφασματικών παρατηρήσεων. Η καμπύλη φασματικών αποκρίσεων σε υπερφασματικές παρατηρήσεις προσδίδει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια όσον αφορά τη διάγνωση αμπελώνων. Στην εικόνα 3 παραθέτονται 5 τυπικές φασματικές αποκρίσεις που αφορούν σε 5 διαφορετικές επιφάνειες ενός αμπελώνα.
Η χωρική ανάλυση αποτελεί σημαντικό στοιχείο στη τηλεπισκόπηση των αμπελώνων. Η ισορροπία μεταξύ της χωρικής ανάλυσης και της μελετώμενης περιοχής πρέπει να λαμβάνεται υπόψιν καθώς εικόνες υψηλότερης χωρικής ανάλυσης προσφέρουν ακριβέστερες μετρήσεις, όμως τείνουν να καλύπτουν μικρότερες περιοχές μελέτης. Παράλληλα με τη χωρική και τη φασματική ανάλυση, σημαντική είναι και η χρονική ανάλυση στη Τηλεπισκόπηση. Η χρονική ανάλυση είναι ο χρόνος μεταξύ των απεικονίσεων μιας δορυφορικής αποστολής.
Ανάλυση τηλεπισκοπικών εικόνων-Αποτελέσματα
Γνωρίζοντας τις σημαντικές επιδράσεις του κλίματος και της φαινολογίας των αμπελώνων για τη δημιουργία χαρτών καλύψεων γης υψηλής χωρικής ανάλυσης, σημαντικό είναι να ορισθεί και η κλίμακα μελέτης. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού, πραγματοποιούνται διαφορετικές τεχνικές ταξινόμησης των εικόνων. Στην εικόνα 5, παραθέτεται ταξινόμηση με τη βοήθεια αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης. Διαφαίνονται οι διαφορετικές κατηγορίες βλάστησης σε ένα τυπικό μέρος του αμπελώνα.
Γίνεται κατανοητό ότι οι χωρικές διακυμάνσεις σε περιβαλλοντικές συνθήκες, οδηγεί σε σημαντική χωρική διακύμανση της φαινολογίας των αμπελώνων και της σύνθεσης των σταφυλιών. Η γνώση αυτή πρέπει να προσαρμόζεται στις αντίστοιχες κλίμακες ενδιαφέροντος κάθε φορά και για την επίτευξη αυτού, τα εργαλεία και οι τεχνικές της Τηλεπισκόπησης είναι ιδιαίτερα χρήσιμες και προσοδοφόρες.
