بخشی از مقاله
چکیده :
در جهان امروز ذرت به علت اهمیت فوق العاده زیادی که در تامین غذای دامها و پرندگان و مصارف صنعتی و داروئی دارد، نسبت به افزایش سطح زیر کشت و میزان تولید در هکتار و مقدار مصرف ذرت اقدامات اساسی به عمل آمده است. در سالهای اخیر کشاورزی دقیق برای شناسایی انواع مختلف محصولات کشاورزی به منظور ارزیابی شرایط محصول و اقدام به موقع در جهت مدیریت محصولات کشاورزی، نیاز به روشهایی دارد که از لحاظ وقت و هزینه موثرتر باشد.
پیشرفتهای اخیر در فناوری سنجش از دور، رشد چشمگیری در ارائهی روشهای اتوماتیک سازی شناسایی گیاهان در تحقیقات کشاورزی بوجود آورده است. در این تحقیق به منظور شناسایی ذرت در تصاویر لندست 8، در چهار مقطع زمانی مختلف از گیاه ذرت در مزرعهای تحقیقاتی، واقع در شهرستان پیشوا اقدام به طیفسنجی میدانی به فاصلهی زمانی منظم هر دو هفته با استفاده از طیفسنج $6 - LHOG6SHF 3 شد و پس از انجام پیش پردازشهای لازم، در هر مرحله میانگینگیری به عمل آمد.
اطلاعات طیفی سری زمانی ذرت به باندهای لندست 8 بازنمونهبرداری شدند. جهت شناسایی محصول ذرت و ارزیابی کتابخانهی طیفی بازنمونهبرداری شده به لندست 8، اقدام به جمع آوری دادههای زمینی مزارع ذرت و غیر ذرت به کمک دستگاه GPS دستی، واقع در روستای خاکعلی شهرستان قزوین مطابق با تقویم زراعی طیفسنجی میدانی شد.
آنالیز شباهت طیفی CBD مابین طیفهای کتابخانهای و تصاویر لندست 8 روستای خاکعلی صورت گرفت. نتایج بدست آمده نشان میدهد که آنالیز شباهت طیفی CBD، در مرحلهی سوم مشاهداتی با دقت کلی %71.83 قادر به شناسایی و تفکیک محصول ذرت از سایر محصولات میباشد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که به کمک اطلاعات طیفی محصول ذرت، میتوان از طریق تصاویر لندست 8 به شناسایی و تفکیک ذرت از سایر محصولات جهت تهیه نقشه سطح زیرکشت این محصول نمود.
-1 مقدمه
در جهان امروز ذرت به علت اهمیت فوق العاده زیادی که در تامین غذای دامها و پرندگان و مصارف صنعتی و داروئی دارد، نسبت به افزایش سطح زیر کشت و میزان تولید در هکتار و مقدار مصرف ذرت اقدامات اساسی به عمل آمده است. در بیشتر کشورهای جهان که دارای شرایط آب و هوایی مناسب برای ر شد این گیاه میباشند محصول قابل توجهی تولید می نماید و مهمترین مصارف این گیاه در تغذیه حیوانات، تغذیه پرندگان و مصارف صنعتی میباشد.
کاربردهای سنجش از دور برای کشاورزی دقیق و پیشرفتهای اخیر در تکنولوژیهای ابرطیفی تمایل فراوانی در کاربران به وجود آورده است تا از فناوری سنجش از دور به عنوان یک ابزار کلیدی در تعیین سطح زیر کشت، شناسایی و تفکیک محصولات کشاورزی بهره ببرند
بهطور سنتی جهت شناسایی محصولات کشاورزی در تصاویر ماهوارهای پهن باند، از طبقه بندی کنندههای آماری مانند طبقهبندی کنندهی بیشترین شباهت استفاده میکنند .[2] طبقهبندی کنندههای آماری مانند روش بیشترین شباهت از دادههای آموزشی استفاده میکنند که از یک منبع معتبر مانند نقشههای توپوگرافی، تصاویر ماهوارهای با قدرت تفکیک مکانی بالا و بازدید میدانی بدست میآیند. بنابراین کیفیت نتایج طبقهبندی به شدت تحت تاثیر کیفیت دادههای آموزشی تصویر مربوطه و همچنین مهارت کاربری که دادههای آموزشی را تعیین میکند، بستگی دارد
مشکلات استفاده از دادههای آموزشی در طبقهبندی کنندههای آماری زمانی بوجود میآید که برای یک منطقه وسیع باید از چند تصویر استفاده کرد و یا هنگامی که تصاویر، مربوط به سالهای مختلف باشد. فرض اول معمولاً به راحتی صورت نمیگیرد و از اهداف سنجش از دوری خارج میشود. در فرض دوم هم سایز بزرگ فایل و محاسبات پردازش آنها برای تبدیل به یک فایل، کاربردی نیست .[4] بنابراین استفاده از کتابخانهی طیفی به کمک الگوریتمهای تناظریابی طیفی روش مناسبی برای شناسایی محصولات کشاورزی میباشد
در سال 2013، عرفات و همکاران جهت تفکیک و شناسایی دو محصول زمستانه گندم و شبدر و دو محصول تابستانه برنج و ذرت اقدام به طیفسنجی میدانی نمودند. بعد از انجام پیشپردازشهای لازم باندها را در شش زون اصلی آبی، سبز، قرمز، مادون قرمز نزدیک، مادون قرمز کوتاه 1 و مادون قرمز کوتاه 2 دستهبندی کردند سپس آنالیز تفکیک خطی - LDA1 - جهت شناسایی باندهای بهینه ویژه در زونهای طیفی برای هر یک از گونهها انجام دادند
در سال 2014،اِندِگوا و همکارانش شناسایی پنج محصول ذرت، موز، آووکادو، نیشکر و انبه را با استفاده از سیستم تصویربرداری ابرطیفی آیسا ایگل مورد ارزیابی قرار دادند. با استفاده از دادههای برداری آموزشی مستقل که از طریق نقشههای میدانی با دقت بالا جمع آوری شده بودند شباهت و عدم شباهت طیفی ما بین دادهها و تصویر با استفاده از الگوریتم شباهت طیفی زاویهای مورد ارزیابی قرار گرفت. دقت کلی نتایج این تحقیق %77 و ضریب کاپا 0.67 بهدست آمد
در سال 2014،اِنجیه و همکارانش، جهت ارزیابی پتانسیل دادههای ابرطیفی اقدام به طیفسنجی از 8 رقم ذرت در سطح برگ نمودند. آنها از طریق آنالیزهای آماری موفق شدند %75 گونههای ذرت را از هم تفکیک کنند. آنها نتیجه گرفتند که این امیدواری وجود دارد که بتوان از طریق سنجندههای ابرطیفی هوابرد بتوان به صورت اتوماتیک گونههای مختلف ذرت را شناسایی و تفکیک کرد
در مطالعات قبلی بیشتر بر روی شناسایی و تفکیکپذیری محصولات در مرحلهی طیفسنجی پرداخته شده است و کمتر از کتابخانهی طیفی آن جهت شناسایی در تصاویر ماهوارهای استفاده شده است. از طرف دیگر اینکه گیاه در چه دورهای از طول رشد خود قابلیت شناسایی و تفکیکپذیری بیشتری خواهد داشت کمتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. بنابراین در این تحقیق با تکیه بر کتابخانهی طیفی محصول ذرت در چهار مقطع زمانی از رشد این گیاه، سعی در شناسایی بهترین زمان برای استفاده از کتابخانهی طیفی در تصاویر لندست 8 نمودهایم.
در این تحقیق پس از انجام پیشپردازشهای لازم بر روی اطلاعات طیفی حاصل از طیفسنجی میدانی که در چهار مقطع زمانی بدست آمدهاند، اطلاعات طیفی جهت ارزیابی در تصاویر لندست 8 به باندهای این سنجنده بازسازی خواهند شد. پس از آن آنالیز شباهت طیفی CBD مابین طیفهای کتابخانهای باز نمونهبرداری شده به باندهای این سنجنده و تصاویر روستای خاکعلی، مورد بررسی قرار خواهد گرفت و معیار دقت کلی با استفاده از دادههای مرجع جمعآوری شده محاسبه خواهد شد.
ساختار مقاله ی پیش رو در چهار بخش تدوین شده است. در بخش حاضر با مروری اجمالی بر موضوعات مرتبط، انگیزههای تحقیق بررسی شدند. در بخش دوم، اطلاعات منطقهی مورد مطالعه و دادههای جمعآوری شده و کلیهی اطلاعات نظری مرتبط با طیفسنجی مطرح شده است. در بخش سوم روش انجام تحقیق، پیادهسازی و ارزیابی و در بخش چهارم نتیجهگیری و پیشنهادات بیان شده است.
-2 منطقه مورد مطالعه و دادههای مورد استفاده
-1-2 منطقه مورد مطالعه
اطلاعات طیفی محصول ذرت از طریق مشاهدات طیفسنجی میدانی در مزرعهی تحقیقاتی وابسته به دانشگاه شهید بهشتی تهران، در 45 کیلومتری جنوب شرقی تهران، واقع در روستای جلیل آباد شهرستان پیشوا تهیه شده است.
اطلاعات طیفی حاصل از مشاهدات میدانی، در امر شناسایی محصول ذرت از تصاویر ماهواره ای مورد بهرهبرداری قرار گرفت. به این منظور تصاویر لندست 8 مربوط به روستای خاکعلی از توابع شهرستان قزوین در عرض جغرافیایی 36 درجه و 7 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 50 درجه و 10 دقیقه شرقی که در ارتفاع 1200 متری از سطح دریا قرار دارد، استفاده شد. این منطقه به دلیل بالا بودن تعداد مزارع ذرت، مزارع سایر محصولات هم دوره و همچنین دسترسی آسان به عنوان مورد مطالعاتی برای شناسایی محصول ذرت در تصاویر لندست 8 در نظر گرفته شد.
-2-2 اطلاعات طیفی
برای اندازهگیری طیف بازتابی پدیدههای زمینی از طیفسنج استفاده میشود. در یک عملیات طیفسنجی میدانی، اندازهگیریها به وسیلهی طیف سنج1، تفنگ فیبر نوری2، رایانه همراه3 و صفحه مرجع سفید4 صورت میگیرد. در این تحقیق از طیفسنجی میدانی ASD FieldSpec® 3 استفاده گردید که شکل - 1 - ، نمایی از این مجموعه را نشان میدهد.
