Ανίχνευση και χαρτογράφηση ζημιών από χαλάζι σε καλαμπόκι χρησιμοποιώντας δεδομένα που συλλέχθηκαν με τηλεπισκόπηση στην Κίνα
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: "Detection and mapping of hail damage to corn using domestic remotely sensed data in China"
Συγγραφείς: J. L. Zhao, D. Y. Zhang, J. H. Luo, S. L. Huang, Y. Y. Dong, and W. J. Huang - Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing, P.R. China, - Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences, Beijing, P.R. China, - Key Laboratory of Intelligent Computing & Signal Processing, Ministry of Education, Anhui University, P.R. China.
Πηγή:
Εισαγωγή
Ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν να εκτιμηθεί η ζημιά από χαλάζι σε καλαμπόκι που έλαβε χώρα στις 14 Ιουλίου 2010 στο Gannan County, Qiqihar City, Κίνα, χρησιμοποιώντας δύο Jing Huan (HJ)-1-Β (προ-χαλαζόπτωση) και HJ-1-A (μετα-χαλαζοθύελλα) charge-coupled device (CCD) εικόνες της Κίνας. Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της αλλαγής του κανονικοποιημένου δείκτη βλάστησης (NDVI), τριάντα σημείων δειγματοληψίας στον τομέα της μετα-χαλαζοθύελλας, ένα τρίτης τάξης πολυώνυμο δημιουργήθηκε μεταξύ της NDIV , (Δ NDIV) και της Band 4 της εικόνας HJ-Α-CCD. Ως αποτέλεσμα, ο συντελεστής προσδιορισμού (R2) αυτού του μοντέλου έφθασε το 91,62% . Είκοσι μονάδες δειγματοληψίας χρησιμοποιήθηκαν για την επικύρωση του μοντέλου και ο (R2) έφθασε το 96,31%. Ως εκ τούτου, 8.575 εκτάρια του επηρεασθέντος καλαμποκιού παρακολουθήθηκαν και η περιοχή του καλαμποκιού που επλήγει σοβαρά ήταν 2.302,47 εκτάρια. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο βαθμός σοβαρότητας των ζημιωθέντων καλαμποκιών σταδιακά κατέβηκαν από το κέντρο προς τα άκρα, και η πιθανή απόδοση απώλειας έφθασε περίπου τους 10.840 τόνους Η τηλεπισκόπηση ανοίγει μια αποτελεσματική και μοναδική οδό για γρήγορη και ακριβή έρευνα σε καλλιέργειες που έχουν πληγεί από το χαλάζι.
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή Gannan County βρίσκεται μεταξύ 122°54′6″ E and 124°28′12″ E, 47°35′7″ N and 48°32′5″ N). Σήμερα, υπάρχουν 4.140.000 acres καλλιεργούμενων εκτάσεων, κυρίως για σόγια, σιτάρι, ρύζι, καλαμπόκι και άλλες καλλιέργειες δημητριακών.(Εικ.1) Η μέση θερμοκρασία στην ευρύτερη περιοχή είναι 2,6 ° C και η μέση βροχόπτωση είναι 455 mm. Η μέγιστη θερμοκρασία και βροχοπτώσεις εμφανίζονται από τον Μάρτιο μέχρι τον Οκτώβριο και η ελάχιστη θερμοκρασία και βροχοπτώσεις συμβαίνουν απο το μήνα Νοέμβριο έως Μάρτιο
Υλικά και μέθοδοις
Τα δορυφορικά και βοηθητικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται στη μελέτη μας αποτελούνται από προ-και μετα-χαλαζοθύελλας HJ-1 CCD δορυφορικές εικόνες (Πίνακας 1),
Πινάκας 1 Τεχνικές προδιαγραφές των απεικονίσεων HJ-1A/1B CCD
Τόσο HJ-1-Α και Β είναι εικόνες τεσσάρων καναλιών με 30 μέτρα χωρική ανάλυση. Αυτές οι HJ-1 CCD εικόνες που αποκτήθηκαν από το Κινέζικο Κέντρο Πόρων και Δορυφορικών Δεδομένων και Εφαρμογών (CRESDA, http://www.cresda.com.) επεξεργάζονται με γεωμετρικές και ατμοσφαιρικές διορθώσεις. Επιπλέον, τα κανάλια της HJ-1 CCD βρίσκονται στο οπτικό και εγγύς υπέρυθρο.
Στοιχεία της έρευνας πεδίου.
Μετά την εμφάνιση του χαλαζόπτωσης στις 14 του Ιούλη του 2010, διεξήχθησαν λεπτομερείς μετρήσεις πεδίου μετά την καταιγίδα για την εξαγωγή δεδομένων αναφοράς από το έδαφος. Μετά την εύρεση χαλάζο-κατεστραμμένων χωραφιών καλαμποκιού, τα επίπεδα βλάβης αξιολογήθηκαν από γεωπόνους, χρησιμοποιήθηκαν GPS (GPS, Trimble ® GeoXH),για τον ακριβή εντοπισμό των θέσεων που παρατηρήθηκε το φαινόμενο με ακρίβεια μικρότερη του 1 m. Στη συνέχεια, μερικές φωτογραφίες έδειξαν σαφείς οπτικές διαφορές από κανονικό σε σοβαρά κατεστραμμένο καλαμπόκι (Εικ. 2). Επίσης χρησιμοποιήθηκαν φορητό Φασματόμετρο Πεδίου ASD, LAI και Chl (χλωροφύλλη) μετρήθηκαν με την βοήθεια κατάλληλων οργάνων και λογισμικών.
Μεθοδολογική διαδικασία
Υπάρχουν συνολικά τέσσερα βήματα για να καθοριστεί το προσβεβλημένο από χαλάζι καλαμπόκι,
- να καθοριστούν τα επίπεδα βλάβης και να εκτιμηθεί η απώλεια της απόδοσης
- διασφάλιση του σταδίου της ανάπτυξης και η επιλογή διαθέσιμων HJ-1 CCD εικόνων τηλεπισκόπησης προ-και μετά-χαλαζοθύελλας,
- ο υπολογισμός της διαφορά NDVI (ΔNDVI) και
- ο προσδιορισμός του επιπέδου βλάβης και η εκτίμηση απωλειών.
Σε αυτή τη μελέτη, η καταιγίδα συνέβη σε φαινολογικό στάδιο του καλαμποκιού που η πράσινη βλάστηση κυριαρχούσε στα περισσότερα από τα χωράφια. Αφού το καλαμπόκι χτυπήθηκε από την χαλαζοθύελλα, έσπασαν φύλλα και η κάλυψη βλάστησης μειώθηκε. Ο δείκτης NDVI, ο οποίος είναι πολύ ευαίσθητο σε αλλαγές της βιομάζας (Rouse et al., 1974), από HJ-1 CCD δορυφορικών εικόνων, χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της χαλάζο-κατεστραμμένης περιοχής καλαμποκιού. Χρησιμοποιώτας δείγματα πεδίου και εικόνες των διαφόρων επιπέδων βλάβης, η ανάλυση πραγματοποιήθηκε για τις κατεστραμμένες εκτάσεις, τα επίπεδα ζημιών και την πιθανή απώλεια απόδοσης.
Υπολογισμός του και NDVI ΔNDVI.
Για την καλύτερη ανίχνευση αλλαγών στη βλάστηση, μια ΔNDVI εικόνα δημιουργήθηκε απλά αφαιρώντας τις τιμές μεταξύ της προγενέστερης εικόνας και της μετέπειτα εικόνας. NDVI και ΔNDVI υπολογίστηκαν με τον ακόλουθο τύπο:
- NDVI =(NIR- RED)/ (NIR+ RED)
Αναπαριστούν τις δυο φασματικες ζώνες των HJ-1-CCD εικόνων.
- ΔNDVI=NDVIpost- NDVI pre
Όπου NDVIpre and NDVIpost είναι NDVI εικόνες πριν και μετά από τη χαλαζοθύελλα- αντίστοιχα Με βάση την μέθοδο ανίχνευσης αλλαγής NDVI, η πληγείσα περιοχή καλαμποκιού ταυτοποιήθηκε
Καθορισμός σχετικών επιπέδων σοβαρότητας.
Μετά τον προσδιορισμό της πληγείσας περιοχής, καθορίστηκαν τα επίπεδα ζημιάς. Πρώτα απ ' όλα, οι περιοχές του δείγματος με συντεταγμένες GPS είχαν επικαλυφθεί από την ΔNDVI εικόνα και οι αντίστοιχες ΔNDVI τιμές υπολογίστηκαν. Λόγω της χαμηλής φασματικής ανάλυση της HJ-CCD, είναι πολύ δύσκολο να προκύψει λεπτομερής κατάταξη σε επίπεδα ζημιών. Συνεπώς, επιλέξαμε τρία σχετικά επίπεδα βλάβης σε αυτή τη μελέτη: σοβαρή, μέτρια και ελαφρά ανάλογα με τα κατώτατα όρια που λήφθηκαν χρησιμοποιώντας συγκεκριμένο τυπολόγιο. Πραγματοποιήθηκαν επίσης μετρήσεις επικύρωσης της ακρίβειας του προσδιορισμού.
