Παρακολούθηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών μέσω δεδομένων Sentinel και Landsat βασισμένες στις χρονοσειρές NDVI
Από RemoteSensing Wiki
Το άρθρο αφορά την παρακολούθηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών στην Σαμάρα της Ρωσίας και έχει τίτλο: Crop growth monitoring through Sentinel and Landsat data based NDVI time-series. Γράφτηκε από τους M.S. Boori, K. Choudhary και A.V. Kupriyanov στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Ερευνών της Σαμάρα στη Ρωσία το 2020. Η τοποθεσία της μελέτης επικεντρώνεται σε γεωργικές περιοχές στην ευρύτερη περιοχή του αεροδρομίου της Σαμάρα. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα Sentinel-2B και Landsat 8 (OLI) και χρονοσειρές του δείκτη NDVI. Όταν οι τιμές του NDVI αλλάζουν από αρνητικές σε θετικές, ερμηνεύεται ως αρχική ανάπτυξη των καλλιεργειών και το στάδιο της πρώιμης φάσης του πράσινου φύλλου, όταν οι τιμές του NDVI αναπτύσσονται αργά έως καθόλου, έχει επιτευχθεί το υψηλότερο στάδιο ανάπτυξης των καλλιεργειών και όταν ο NDVI μετατοπίζεται από θετικές τιμές σε αρνητικές, έχει επιτευχθεί το πλήρες ώριμο στάδιο συγκομιδής ή έναρξη της συγκομιδής των καλλιεργειών. Για τη μηνιαία παρακολούθηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών, απαιτήθηκαν 12 εικόνες Sentinel 2B και Landsat 8 OLI από τον Ιανουάριο έως τον Δεκέμβριο του 2018 για την περιοχή μελέτης από τον ιστότοπο γεωλογικής έρευνας των Ηνωμένων Πολιτειών (USGS). Χρησιμοποιήθηκαν συνδυασμοί ζωνών 8, 4, 3 και 5, 4, 3 για RGB από ζώνες Sentinel 2B σε ανάλυση 10 m και Landsat 8 OLI σε ανάλυση 30 m αντίστοιχα. Η ψηφιακή επεξεργασία των εικόνων έγινε από το Λογισμικό Arc- GIS και επιλέχθηκαν 25 σημεία ως GCPs (Ground Control Point) στην περιοχή μελέτης με την βοήθεια του GPS (Global Positioning System). Οι υψηλές τιμές NDVI αντιπροσωπεύουν υγιέστερη βλάστηση (πράσινα φυτά) και οι χαμηλές τιμές NDVI αντιπροσωπεύουν περιοχές με αστικοποίηση, σύννεφα, χιόνι ή υδάτινο σώμα. Χαμηλές τιμές NDVI παρατηρήθηκαν από τον Ιανουάριο έως τον Μάρτιο αλλά τον Απρίλιο αυξάνονται. Τον Μάιο-Ιούνιο όλες οι καλλιέργειες εμφανίζουν πολύ υψηλές τιμές NDVI με υψηλότερη τιμή τον Ιούλιο. Από τον Αύγουστο το μέγιστο NDVI της περιοχής μελέτης αρχίζει να μειώνονται με χαμηλή τιμή το μήνα Σεπτέμβριο – Οκτώβριο και χαμηλότερη τον μήνα Νοέμβριο – Δεκέμβριο. Η συγκομιδή γίνεται τον Σεπτέμβριο. Ο υψηλότερος μέσος όρος NDVI βρέθηκε τον Ιούλιο (0,45) και χαμηλότερος από τον Ιανουάριο έως τον Μάρτιο (0,01). Στην περιοχή μελέτης, οι μέγιστες τιμές NDVI φτάνουν σε 0,84 κατά τη θερινή περίοδο (Μάιος έως Σεπτέμβριος), η οποία αντιπροσωπεύει πολύ υγιή γεωργία λόγω του πολύ εύφορου εδάφους (μαύρο) και καλή καιρική κατάσταση. Τα στάδια της καλλιέργειας έχουν εντοπιστεί στο 1) παρουσία γυμνού έδαφος, αυτό το στάδιο παρουσιάζεται στην αρχή του φυτού, γενικά μέχρι αρχές Απριλίου στην περιοχή μελέτης, 2) επέκταση μίσχου ή στάδιο ανάπτυξης των φυτών, αυτό το στάδιο δείχνει την ανάπτυξη των φυτών (στέλεχος, φύλλο, ανθοφορία) και το χώμα σταματά να είναι ορατό από Μάιο έως Αύγουστο, 3) αυτό είναι το στάδιο ανάπτυξης της πλήρους ωρίμανσης και το χώμα επίσης δεν είναι ορατό. Σεπτέμβριο-Οκτώβριο είναι η ώρα της συγκομιδής. Τα αποτελέσματα δείχνουν επίσης την ημερομηνία έναρξης / λήξης της σεζόν (Απρίλιος / Οκτώβριος) με άροση και συγκομιδή διότι η Ρωσία είναι χώρα με πολύ υψηλή πτώση χιονιού που ξεκινούν στο τέλος του Οκτωβρίου και τελειώνουν στις αρχές Απριλίου, ώστε οι άνθρωποι να ξεκινήσουν καλλιέργεια στις αρχές Απριλίου και συγκομιδή έως τον Οκτώβριο. Τα σημεία ελέγχου εδάφους (GCP) συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της επιτόπιας μελέτης για αξιολόγηση ακρίβειας και γεωαναφορά των δεδομένων. Χρησιμοποιήθηκε το google Earth για αξιολόγηση ακρίβειας καθώς διαθέτει εικόνες υψηλής ανάλυσης. Η συνολική ακρίβεια για τη χαρτογράφηση φαινολογίας καλλιέργειας και η παρακολούθηση υπολογίστηκε στο 92%. Συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα δεδομένων Sentinel και Landsat για την ανάπτυξη των καλλιεργειών από την αρχή έως το τέλος της καλλιέργειάς τους ώστε να παρατηρηθούν διαφορές. Τα δεδομένα Sentinel 2B έχουν λίγο υψηλότερη ακρίβεια ως προς ένα κλάσμα της διακύμανσης σε φαινολογικό χρόνο / ημερομηνίες από τα δεδομένα Landsat. Στην κοπή της καλλιέργειας ή στο ορατό στάδιο εδάφους, τα δεδομένα Sentinel δείχνουν συνεχείς αυξήσεις στις τιμές NDVI αλλά τα αποτελέσματα δεδομένων Landsat δείχνουν χαμηλότερο NDVI για τον Απρίλιο σε σύγκριση με τον Φεβρουάριο-Μάρτιο. ‘Όταν συγκρίθηκαν όλες οι κατηγορίες NDVI από όχι και πολύ έντονες αγροτικές περιοχές, τα δεδομένα του Sentinel εμφανίζουν όλες τις τάξεις από το Μάιο έως και το Νοέμβριος, αλλά το Landsat εμφανίζει όλα τα στάδια μόνο από τον Ιούλιο έως τον Σεπτέμβριο που αντιπροσωπεύει ότι ο Sentinel 2B δημιουργεί δεδομένα με τιμές NDVI που είναι πιο ακριβείς και ποιοτικές από ότι ο Landsat. Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν κατά τη διάρκεια της επιτόπια επίσκεψης για όλα τα στάδια ανάπτυξης των καλλιεργειών.
