Προς τον χαρακτηρισμό εθνικής κλίμακας της έντασης χρήσης λιβαδιών από ενσωματωμένες σειρές Sentinel-2 και Landsat

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 09:01, 26 Ιανουαρίου 2021

Τοποθεσία μελέτης, Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034425719301087

Συγκριτικός Χάρτης Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034425719301087

Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034425719301087 Το άρθρο αφορά στον έλεγχο χρήσης και τον χαρακτηρισμό χορτολιβαδικών εκτάσεων στη Γερμανία και έχει τίτλο: Towards national-scale characterization of grassland use intensity from integrated Sentinel-2 and Landsat time series. Γράφτηκε από τους Patrick Griffiths, Claas Nendel, Jürgen Pickert και Patrick Hostert στο Πανεπιστήμιο Χούμπολτ του Βερολίνου το 2020. Η τοποθεσία της μελέτης επεκτείνεται στο σύνολο της Γερμανίας με σκοπό την εξεύρεση τρόπων βέλτιστης διαχείρισης των χορτολιβαδικών εκτάσεων, καθώς αποτελούν το ένα τρίτο των συνολικών αγροτικών εκτάσεων και συμβάλουν καθοριστηκά στην κτηνοτροφική διαδικασία που διασφαλίζει σεβαστό εισόδημα σε μεγάλο μέρος του πληθυσμού, παρέχοντας συγχρόνως και αναγκαία για τη διαβίωση τρόφιμα. Επίσης η διαχείριση των εκτάσεων αποσκοπεί και στην βέλτιστη δυνατή απορρόφηση ευρωπαϊκών επιδοτήσεων από την Κοινή Αγροτική Πολιτική μαζί με τον έλεγχο εγκυρότητάς τους. Στην Γερμανία, οι πρακτικές κοπής των βοσκοτόπων αποτελούν βασικό πληρεξούσιο για τη χρήση της γης και συνεπώς έχουν άμεση πολιτική σημασία στο πλαίσιο της Κοινής Γεωργικής Πολιτικής. Ανάλογα με την περιβαλλοντική κατάσταση του λιβαδιού και την συνεισφορά που παρέχει στα τοπικά οικοσυστήματα, τη χλωρίδα και την πανίδα όπως η αναπαραγωγή πτηνών, υποστηρίζεται από επιδοτήσεις για γεωργοπεριβαλλοντικά και κλιματικά μέτρα της Κοινής Γεωργικής Πολιτικής. Στα μέτρα αυτά, η υποχρεωτική ημερομηνία της συγκομιδής παίζει σημαντικό ρόλο και διαφέρει κυρίως από τη γεωργικές απαιτήσεις της εκμετάλλευσης. Συνήθως, για την σταβλισμένη γαλακτοπαραγωγή υπάρχει η υποχρέωση να κόβονται τα λιβάδια 4 με 6 φορές το χρόνο έως και πολύ αργά το καλοκαίρι, π.χ. στα μέσα Ιουνίου ή ακόμη και τον Ιούλιο, ενώ τα λιβάδια που προορίζονται για την τροφή μη σταβλισμένων αγελάδων επιβάλλεται συνήθως να κόβονται 2 με 3 φορές το χρόνο έως και τον Μάιο. Ως εκ τούτου, ο χρόνος συγκομιδής, το κούρεμα, το διάστημα και ο αριθμός των κοπών ανά έτος ποικίλλουν από εκμετάλλευση σε εκμετάλλευση σύμφωνα με την κατεύθυνση του συστήματος παραγωγής τους. Για την δημιουργία χαρτών χρησιμοποιήθηκαν Harmonized Landsat and Sentinel-2, Military Grid Reference System, Universal Transverse Mercator και Bidirectional reflectance distribution function. Επίσης δημιουργήθηκε αλγόριθμος για την ανίχνευσης κοπής των χορτολιβαδικών εκτάσεων που παρομοιάζει με εκείνη που συνήθως βασίζεται στην ανίχνευση ανωμαλιών παραγωγής καλλιεργειών με κύρια χρήση του δείκτη βλάστησης NDVI και εφαρμόζεται σε κάθε εικονοστοιχείο των περιοχών που έχουν επιλεγεί με συχνότητα 10 ημερών. Η αλλαγή στο NDVI με την πάροδο του χρόνου (dNDVI) υπολογίζεται αφαιρώντας την τιμή NDVI της προηγούμενης παρατήρησης από την τρέχουσα τιμή dNDVI: NDVI (t 0 ) - NDVI (t −1 ). Ο αλγόριθμος στη συνέχεια προσδιορίζει ένα σύνολο κορυφαίων τιμών με τις οποίες κατασκευάζεται η ιδανική καμπύλη τροχιάς καλλιεργητικής περιόδου. Οι κορυφαίες τιμές περιλαμβάνουν την πρώτη και την τελευταία έγκυρη μέτρηση των χρονοσειρών. Επίσης, η παρατήρηση με τη μέγιστη τιμή NDVI περιλαμβάνεται πάντα ως άνω κορυφή. Για κάθε παρατήρηση υπολογίζονται οι υπολειμματικές τιμές ως απόκλιση των ήδη παρατηρούμενων τιμών από την εξιδανικευμένη τροχιά καλλιεργητικής περιόδου. Στη συνέχεια, σημεία με υπολειμματικές τιμές πάνω από ένα δεδομένο όριο τιμών, αναγνωρίζονται επαναληπτικά ως πιθανά γεγονότα κοπής. Συνοπτικά ο αλγόριθμος ξεκινάει με την παρατήρηση με την υψηλότερη υπολειμματική τιμή, εάν για ένα προσδιορισμένο σημείο τα προηγούμενα σημεία έχουν αρνητικό υπόλοιπο ή τιμές μεγαλύτερου μεγέθους από την κορυφή, τότε η τιμή επιλέγεται ως η μεγαλύτερη τιμή dNDVI. Τέλος, μια αρνητική τιμή dNDVI χαρακτηρίζεται ως ανίχνευση κοπής. Για κάθε αναγνωρισμένο συμβάν κοπής, που είναι χρονικά παρακείμενο, αποκρύπτεται από την επόμενη επανάληψη της διαδικασίας για να αποφευχθεί η μέτρηση ενός συμβάντος δύο φορές. Τα προφίλ NDVI των λιβαδιών έγιναν με το Geo Spatial Aid Application και το αποτέλεσμα του αλγορίθμου δείχνει περίπου το 40% των λιβαδιών να χρησιμοποιούνται για την παραγωγή σανού και ενσίρωση, το 56% θεωρείται βοσκότοπος, ενώ το 25% των λιβαδιών δεν κόπηκε καθόλου το 2016. Τα ελαττώματα του αλγόριθμου είναι ότι δεν μπορούν να ληφθούν υπόψη το μικροκλιμικό ανάγλυφο των εδαφών που δημιουργεί λιμνάζοντα νερά, η λίπανση και η ζιζανιοκτονία που ενδεχομένως να κάνουν οι γεωργοί ή άλλες συναφείς καλλιεργητικές πρακτικές που μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τον NDVI, τα σύννεφα, η ομίχλη ή το νέφος μπορούν να οδηγήσουν σε ψευδείς ανιχνεύσεις συμβάντων κοπής. Παρόλα αυτά ο αλγόριθμος είναι πολύ χρήσιμος στον έλεγχο και την διαχείριση της παραγωγικότητάς τους και των επιδοτήσεών τους.