Δείκτες βλάστησης τηλεπισκόπησης στην αμπελουργία: Κριτική Ανασκόπηση

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Remote Sensing Vegetation Indices in Viticulture: A Critical Review.

Συγγραφείς: Rigas Giovos, Dimitrios Tassopoulos, Dionissios Kalivas, Nestor Lougkos and Anastasia Priovolou

Δημοσιεύθηκε: New Technologies and Spatiotemporal Approaches in Precision Agriculture, mdpi.com Published 18 May 2021, 11(5), 457; http://doi.org/10.3390/agriculture11050457

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Λέξεις-κλειδιά: αμπέλι, φασματικές ζώνες, αμπελουργία ακριβείας, εικόνες χωρικής ανάλυσης

Περίληψη:

Το παρόν άρθρο πραγματεύεται τη συμβολή της τηλεπισκόπησης στη γεωργία ακριβείας και πιο συγκεκριμένα στην καλλιέργεια της αμπέλου. Συγκεντρώνει την επιστημονική έρευνα σχεδόν μιας εικοσαετίας και τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν στο διάστημα αυτό για την επεξεργασία και την ερμηνεία των εικόνων που αποκτήθηκαν από πλατφόρμες τηλεπισκόπησης όπως δορυφόροι, αεροπλάνα και UAV. Τα σημαντικότερα εύρημα φαίνεται να είναι οι δείκτες βλάστησης και ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος ο NDVI ενώ οι πιο συχνά εμφανιζόμενες εφαρμογές είναι η παρακολούθηση και η εκτίμηση της υδατικής καταπόνησης των αμπελιών και η οριοθέτηση ζωνών διαχείρισης. Στη συνέχεια εξετάζονται περισσότεροι από 90 δείκτες βλάστησης που χρησιμοποιούνται στην αμπελουργία σε διάφορες εφαρμογές και ερευνητικά θέματα, και κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την εφαρμογή τους και τις φασματικές ζώνες που χρησιμοποιούν. Συνοψίζοντας, η παρούσα ανασκόπηση αποτελεί έναν οδηγό για τις εφαρμογές της τηλεπισκόπησης στην αμπελουργία, της χρήσης των σχετικών δεικτών βλάστησης αλλά και της αξιολόγησης των αμπελώνων.

Εικόνα 1: Χωρική κατανομή των δημοσιεύσεων (περιοχή μελέτης).

Εισαγωγή:

Από πολύ νωρίς είχε γίνει προσπάθεια, σε παγκόσμιο επίπεδο, για συστηματική παραγωγή σταφυλιού και έπειτα κρασιού. Για την αύξηση της παραγωγής στη γεωργία, τη δεκαετία του 1990 εισήχθησαν τεχνικές για τη μετατροπή της γεωργίας σε "γεωργία ακριβείας". Εννιά χρόνια αργότερα άρχισε να εισάγεται η έννοια της αμπελουργίας ακριβείας (PV). Ο κύριος στόχος της είναι η διαχείριση της μεταβλητότητας στην απόδοση και την ανάπτυξη με τη διαίρεση του αμπελώνα σε ζώνες διαχείρισης. Με τη διαχείριση αυτή αυξάνεται η απόδοση που μεταφράζεται σε οικονομική βελτίωση της εκμετάλλευσης και μειώνονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις που αποτελεί διπλό όφελος. Η τηλεπισκόπηση, αποτελεί ένα εργαλείο για τη μελέτη της χωρικής μεταβλητότητας στον αμπελώνα. Οι δείκτες βλάστησης χρησιμοποιούνται κυρίως για την παρακολούθηση των συνθηκών της αμπέλου και τη συσχέτισή τους με την απόδοση. Οι παράμετροι που συνήθως εξετάζονται όσον αφορά τον θόλο είναι η συγκέντρωση χλωροφύλλης στα φύλλα, η περιεκτικότητα σε άζωτο και η περιεκτικότητα σε νερό. Έχουν μελετηθεί όμως και συσχετίσεις των δεικτών βλάστησης (VI) με παραμέτρους του σταφυλιού όπως το Brix, το pΗ αλλά και δεδομένα εδάφους, όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα του εδάφους, οι παράμετροι ζωηρότητας της αμπέλου και η απόδοση. Επιπλέον, η τηλεπισκόπηση προσφέρει δεδομένα σε πολλές χρονικές και χωρικές αναλύσεις για τη μελέτη ενός αμπελώνα ή μιας αμπελουργικής περιοχής διαχρονικά. Σκοπός της παρούσας ανασκόπησης είναι να συγκεντρώσει εκείνους τους δείκτες βλάστησης που έχουν χρησιμοποιηθεί ειδικά στην άμπελο και την αμπελουργία με εικόνες τηλεπισκόπησης, να σχολιάσει και να αναλύσει τις εφαρμογές και να ταξινομήσει ανάλογα τα μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό(Εικόνα 1). Επιπλέον, θα πραγματοποιηθεί μια κριτική επισκόπηση σχετικά με την αποτελεσματικότητα κάθε μεθόδου και κατά πόσον αν οι στόχοι έχουν αντιμετωπιστεί επαρκώς.

Εικόνα 2: Φάσεις της μεθόδου αναθεώρησης.

Μέθοδος:

Για την ανάλυση των αξιολογήσεων της βλάστησης δεικτών βλάστησης η κύρια ιδέα ήταν να συγκεντρωθούν οι VIs όσον αφορά τις γεωργικές εφαρμογές. Μια προσπάθεια να τους κατηγοριοποιήσουμε σύμφωνα με τη σχέση τους με τα χαρακτηριστικά της βλάστησης , επιπλέον εξετάστηκε η χρήση και οι εφαρμογές των VIs σε γεωργία ακριβείας. Πραγματοποιήθηκε ολιστική έρευνα των δημοσιεύσεων στα Scopus, Google Scholar και Web of Science. Η μέθοδος της ανασκόπησης διαχωρίζεται σε τρεις φάσεις (Εικόνα 2) στο σχεδιασμός της ανασκόπησης, την εκτέλεση και την αναφορά της ανασκόπησης, ενώ μια σχεσιακή βάση δεδομένων δημιουργήθηκε για τη διαχείριση των ερευνητικών εργασιών, εξελίσσοντας τη μεθοδολογία της (Αδαμίδη, 2020). Έτσι μελετήθηκαν ανά άρθρο τα στοιχεία: είδος καλλιέργειας, χώρα, πηγή δεδομένων, έτος ανάκτησης δεδομένων, δείκτες βλάστησης, μέθοδοι ανάλυσης, κλίμακα περιοχής μελέτης κ.α.

Συμπεράσματα:

• Η ευρεία χρήση των UAV καταδεικνύει τις χρησιμότητες αυτής της τεχνολογίας στην αμπελουργία, η υψηλή ανάλυση που προσφέρει είναι ιδανική για τον εντοπισμό των γραμμών των αμπελιών (Εικόνα 3).

Εικόνα 3: Χρήση δεικτών βλάστησης με 3 ή περισσότερες αναφορές που αναπαρίστανται με ανάλογη επιφάνεια.

• Στις εικόνες μέσης ανάλυσης, ο Sentinel-2 υπερέχει στη χρήση έναντι άλλων, λόγω της ικανότητας να αποκαλύπτει τη χωρική μεταβλητότητα.

• Η έρευνα εντοπίζεται στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη κυρίως σε απόσταση περίπου ±40 μοιρών από τον ισημερινό. Από το γεγονός αυτό συμπεραίνουμε ποιες είναι οι χώρες είναι οι κύριοι καλλιεργητές της αμπέλου αλλά και ποια κλίματα είναι καταλληλότερα για την καλλιέργεια αυτή.

• Οι λέξεις-κλειδιά "αμπελουργία ακριβείας", "τηλεπισκόπηση", "UAV" και "NDVI" καταγράφηκαν περισσότερες φορές, γεγονός που δείχνει ότι η ερευνητική τάση του παρόντος είναι η μελέτη της χωρικής μεταβλητότητας στον αμπελώνα με δείκτες βλάστησης και τις εικόνες του UAV (Εικόνα 4).

Εικόνα 4: Χάρτης NDVI από εικόνες διαφορετικής ανάλυσης (UAV, Worldview-2, Sentinel-2), πηγή: Αδημοσίευτα ερευνητικά αποτελέσματα από τον κωδικό έργου: T1EDK-04202 (στο πλαίσιο της πρόσκλησης RESEARCH-CREATE-INNOVATE), Ερευνητική Μονάδα GIS, Εργαστήριο Εδαφολογίας και Γεωργικής Χημείας, Τμήμα Φυσικών Πόρων και Γεωργικής Μηχανικής, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών.

• Επιπλέον, ο στόχος της έρευνας για την περιφερειακή κλίμακα επικεντρώνεται κυρίως στην αξιολόγηση των μεθοδολογιών σε διαφορετικούς αμπελώνες και σπάνια στην κατηγοριοποίηση ή μελέτη των διαφορών σε περιφερειακή κλίμακα.

• Ο μεγάλος όγκος χωρικών δεδομένων από τηλεχειριζόμενα ανίχνευσης τα τελευταία χρόνια έχει οδηγήσει στην εποχή των μεγάλων δεδομένων. Η εξέλιξη και η εφαρμογή των υπερφασματικών εικόνων και των υπερφασματικών VIs παρουσιάζει ενδιαφέρον για το μέλλον στον τομέα της PV.

• Η εξέλιξη της έρευνας σχετικά με τους δείκτες βλάστησης από τηλεπισκόπηση, τη διαχείρισή τους με τεχνητή νοημοσύνη, νευρωνικά δίκτυα και έξυπνες τεχνολογίες παρέχει στους παραγωγούς με αποτελεσματικότερα συστήματα υποστήριξης αποφάσεων και τη δυνατότητα εφαρμογής τεχνολογιών προκειμένου να να αυξήσουν την απόδοση και την ποιότητα.

• Οι δείκτες βλάστησης αποτελούν σημαντικό εργαλείο για την παρακολούθηση των αμπελώνων, του κύκλου ανάπτυξης της αμπέλου, την εκτίμηση της απόδοσης και της υδατικής καταπόνησης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη διαχείριση του αμπελώνα σε συνδυασμό με τεχνικές γεωργίας ακριβείας.