بخشی از مقاله
چکیده:
پایش دقیق مراحل رشد گیاه - فنولوژي - یکی از اجزاء مهم مدیریت مزرعه است. امروزه از مهمترین راهکارهاي افزایش بهرهوري در تولیدات کشاورزي اهتمام به استفاده از فنآوریهاي نو میباشد. عدم توجه به موقع به کندي میزان رشد گیاهان، خصوصاً محصولات کشاورزي، باعث افت میزان محصول در سطح زیر کشت شده و از راندمان زمین خصوصاً در کشت و صنعتهاي بزرگ میکاهد. سلامتی گیاه بر میزان موجودي آب گیاه تاثیر گذار است و با شاخصهاي گیاهی قابل محاسبه است.
این شاخصها با استفاده از پردازشهاي خاص علم سنجش از دور از تصاویر ماهوارهاي قابل استخراج هستند. هدف ما در این پژوهش تهیه معادله استانداردي بود که با استفاده از آن بتوان میزان دقت شاخصهاي ماهوارهاي که براي تعیین سن فنولوژیکی گیاه نیشکر - بر حسب روز-درجه - به کار بردیم را تشخیص داد. یک روش براي تهیه این شاخص استاندارد، تهیه الگوریتمی از برهمکنش انرژي الکترومغناطیس در محدوده طیف مرئی و فروسرخ با گیاه است که ما در این تحقیق با دوربین دیجیتالی مدل CANON-A510 آن را به انجام رساندیم.
بنابراین با مراجعه به کشت و صنعت امیر کبیر در تاریخهاي 85/7/8 و85/7/9 و مراجعه به کشت و صنعت دعبل خزایی در تاریخ85/7/10 که هر دو در خوزستان میباشند تعداد 63 تصویر دیجیتالی تهیه شد. این تصاویر مربوط به 9 مرحله از رشد گیاه نیشکر بود. با توجه به شرایط جوي خاص خوزستان با افزایش DNهاي تصویر در سه باند آبی به مقدار13، سبز 8 و در باند قرمز 9 واحد مواجه شدیم که اصلاحات لازمه انجام شد. در این پژوهش از روش مستطیلی جهت استخراج سن واقعی گیاه استفاده گردید که روشی آماري می- باشد و جهت استخراج سن گیاه از تصاویر دوربین دیجیتالی 3 روش الف - طبقه بندي به روش بیشترین احتمال ب - روش آستانه گذاري ج - روش هیبرید اعمال شد.
ما در اینجا 3 تصویر را با روز-درجه مشخص جهت بررسی میزان دقت روشهاي فوق به کار بردیم و با محاسبه درصد پوشش گیاهی از 3 روش فوق و قرار دادن این درصد پوششها در معادلههاي مربوط به هر روش سن پیشنهادي هر روش را بدست آورده و توسط آزمون ویل کاکسون- که یک آزمون ناپارامتري- آن را نسبت به سن واقعی آزمون کرده و میزان صحت مدلها بدست آمد. روش بیشترین احتمال با R2=0,987 و روش آستانه با R2=0,989 و روش هیبرید باR2 =0827 بودند که روش آستانه به عنوان بهترین روش انتخاب گردید.
-1مقدمه
در این جهان پر از رقابت، میزان هزینه تمام شده و کیفیت محصول در هر تجارتی بسیار مهم میباشد - . - 13 امروزه از مهمترین راهکارهاي افزایش بهرهوري در تولیدات کشاورزي با رعایت پایداري در محیط زیست، اهتمام به استفاده از فنآوریهاي نو و به کارگیري صحیح آن در کشاورزي جهت نیل به کشاورزي پایدار میباشد - . - 4 از این نظر امروزه، کشاورزي دقیق، بخصوص بصورت پایدار از مباحث رایج میباشد - . - 14 پایش دقیق مراحل رشد گیاه - فنولوژي - یکی از اجزاء مهم مدیریت مزرعه است به - طوريکه ارزیابی مراحل حساس و بحرانی رشد در طول دورههاي مطلوب آب وهوایی را ممکن میسازد. پایش مراحل رشد همچنین درك ما در مورد افزایش محصول و فرایندهاي رشد را افزایش می دهد.
همچنین این پایش جهت پیبردن به تغییرات سالیانه و برون سالی اکوسیستم کشاورزي نیز مورد نیاز است - . - 14 رشد انفجاري رویکرد به کشاورزي دقیق در کشورهاي مختلف جهان، خصوصا در مورد نباتات صنعتی، ما را نیازمند تدابیري دقیق در جهت رقابت سالم و شایسته با دیگر کشورهاي جهان مینماید. این در حالی است که با ورود ایران به سازمان تجارت جهانی و لزوم رقابت آزاد با سایر تولید کنندگان کالاهاي کشاورزي، نیازمند پائین آوردن قیمت تمام شده محصولات کشاورزي هستیم. عموما بررسی روند رشد گیاه با مطالعات فنولوژي توأم با بررسی ترکیب شیمیایی و بیوشیمیایی اعضاي رویشی و زایشی گونههاي مورد مطالعه امکان پذیر است که بسیار پر هزینه و وقت گیر میباشد . - 2 -
لذا استفاده از فناوري دوربین دیجیتالی میتواند بخشی از هزینهها را کاهش داده و در جلوگیري از اتلاف وقت بسیار مؤثر بوده و روشی مؤثر جهت پایش محصول باشد - . - 1 وسعت مزارع، نیروي انسانی زیاد و هزینه زیادي را میطلبد. یکی از مهمترین فوائد استفاده از داده هاي ماهواره اي در مطالعه پدیده هاي طبیعی و شناخت کره زمین و معضلات آن، صرفه جویی در وقت است. در کشورمان تحقیقات و مطالعات متعددي با استفاده از اطلاعات و تصاویر ماهواره اي انجام شده است. بر اساس نتایج این مطالعات، اهمیت کاربرد فناوري سنجش از دور براي جلوگیري از اتلاف منابع ملی و کاهش ضایعات و صرفه جویی در وقت آشکار شده است . - 3 -
این مساله نیاز ما را به استفاده از فناوري ماهوارهاي در پایش سلامتی گیاه دوچندان میکند - . - 12 سلامتی گیاه تا حد زیادي به میزان آب در دسترس گیاه بستگی دارد که میتوان آن را با شاخصهاي گیاهی اندازه گیري کرد - . - 11 اما استفاده از تصاویر ماهواره- اي،خصوصا در خوزستان، نیاز به دقت بیشتري دارد که دلیل آن وجود شرایط خاص آب و هوایی خوزستان میباشد - . - 1 به عبارت دیگر تکنیک سنجش از دور از آلودگی موجود در جو ، متحمل هزینه است بطوریکه از هر ابزاري جهت از بین بردن این اثر استفاده میکند - 6،7،8،. - 9 تقریبا در هیچکدام از این روشها توجهی به گردوخاك موجود بر روي برگها که مانند پوششی سطح برگ را می- پوشاند نشده است که این اثر در بیابانها بیشتر میباشد و با توجه به ترکیب گردوخاك میتواند بر روي سبزي گیاهان تاثیر داشته یاشد و در نهایت باعث کاهش میزان شاخصهایی نظیر NDVI, VI, SR, NDWI و ... شود.
این مسئله در پژوهشهایی که با استفاده از تصاویر سنجنده ASTER جهت پایش فنولوژي نیشکر و پایش استرس آبی نیشکر انجام گرفت مشهود بود - . - 13 این هشداري بود که اثر گردوخاك بر روي برگهاي پهن نیشکر خطایی جدي ایجاد میکند. بنابراین جهت کمی کردن اثر گردوخاك مصمم به استفاده از دوربین دیجیتالی شدیم. در هنگام انجام تحقیق مذکور متوجه شدیم که علاوه بر کاهش اثر گردوخاك بر روي برگها امکان استخراج معادله کالیبراسیونی با استفاده تصاویر دوربین دیجیتال وجود دارد. این معادله کالیبراسیون از دادههاي زمینی جمع آوري شده و قادر است در برآورد دقت شاخص تعیین کننده سن فیزیولوژیکی گیاه که از تصاویر ASTER استخراج شده به ما کمک نماید. در قسمتهاي بعدي روشهاي بدست آوردن این معادله استاندارد را تقدیم میداریم.
-2منطقه مورد مطالعه و دادهاي مورد استفاده
منطقه مورد مطالعه شرکت کشت و صنعت نیشکر واحد امیرکبیر واقع در کیلومتر 25 جاده اهواز – آبادان با ارتفاع متوسط 25 متر از سطح دریا است. موقعیت محل در سیستم تصویر UTM زون 39، از طول 237361 متر تا 239506 متر و از عرض 3427183 متر تا 3428158 متر می باشد که در شکل 1 نشان داده شده است.
-1-2دادهها، سخت افزارها و نرمافزارهاي مورد استفاده
-1تصاویر دیجیتالی از برگ در حالت آلوده به گردوخاك و پاکیزه از گردوخاك توسط دوربین دیجیتالی مدل
Canon-A510 -2تصاویر دیجیتالی از گیاه نیشکر با سنین فیزیولوژیکی متفاوت که توسط دوربین مدل Canon-A510 تهیه شدند.
-3تصاویر سنجنده ASTER در محدوده باندهاي VNIR با قدرت رادیومتریکی 8 بیت
-4اطلاعات مربوط به زمان کاشت و زمان آبیاري و زمان برداشت محصول
-5جمع آوري نقشه هاي مربوط به مزارع از واحدهاي شرکت توسعه نیشکر
-6تهیه اطلاعات هواشناسی از سازمان هواشناسی کشور و اداره هواشناسی واحدهاي شرکت توسعه نیشکر
-7استفاده از نرم افزارهاي پردازش تصویر Envi42 وErdas Imagine8. 7 وPci Geomatica9. 1
-8استفاده از نرم افزارهاي سیستم اطلاعات جغرافیاییArcGis9. 1 وArcView3. 3 وArcInfo8. 3
-3روش کار
همانطور که ذکر شد موضوع این تحقیق استفاده از دوربین دیجیتالی براي تهیه معادله استانداردي است که جهت ارزیابی دقت شاخصهاي استخراج شده از تصاویر ماهوارهاي به کار میرود. از آنجا که یکی از روشهاي مؤثر در کشاورزي، اطلاع از سرشت گیاه تحت کشت و آشنایی با زمان آمادگی محصول جهت انجام عملیاتهاي مختلف زراعی جهت بهره برداري صحیح و ارائه سیستمهاي مناسب بهره برداري از آن میباشد و با عنایت به اینکه یکی از راههاي شناخت سرشت محصول مطالعات بر روي روند رشد گیاه میباشد، سعی در تولید الگوریتمی با استفاده از برهمکنش نور در طیف مرئی با این گیاه در مراحل مختلف رشد با دوربین دیجیتالی CANON-A510 جهت اندازه گیري و پایش رشد گیاه نیشکر نمودیم.
بنابراین با مراجعه به کشت و صنعت امیر کبیر در تاریخهاي 85/7/8 و85/7/9 و مراجعه به کشت و صنعت دعبل خزایی در تاریخ85/7/10 تعداد 63 تصویر دیجیتالی تهیه شد. این تصاویر مربوط به 9 مرحله از رشد گیاه نیشکر بود. از آنجا که هدف تهیه رابطه پوشش با سن فیزیولوژیکی گیاه سالم بود، تصاویري که تنش دیده و یا اینکه بیماري دیده بودند - بر طبق نظر کارشناسان کشت و صنعت - کنار گذاشته شدند.
آنگاه 6 تصویر جهت بدست آوردن رابطه کالیبراسیون و 3 تصویر جهت بررسی دقت معادله کالیبراسیون تعیین گردیده و از داده هاي مربوطه، سن فیزیولوژیکی گیاهان این تصاویر استخراج گردید. جهت تهیه تصاویر دیجیتالی با مراجعه به مزارع نیشکر با سنین فیزیولوژیکی متفاوت، با استفاده از دوربین CANON-A510، از ارتفاع ثابت 2 متري و با زنیث ثابت خورشید و همچنین آزیموت ثابت خورشید و دوربین، از گیاه و خاك تصویر تهیه شد.
