LIFE+ Environment Policy and Governance Programme Έργο: HYDROSENSE Τηλεπισκόπηση και δορυφορικά δεδομένα υψηλής ανάλυσης στη γεωργία ακριβείας ΜΦΙ, 5 Δεκεμβρίου 2012 Νικόλαος Δαλέζιος Εργαστήριο Αγρομετεωρολογίας Σχολή Γεωπονικών Επιστημών Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Τηλεπισκόπηση: με την ευρεία έννοια ορίζεται η απόκτηση πληροφορίας από σημεία ή θέσεις που δεν συμπίπτουν με αυτές του αποδέκτη. Είδη τηλεπισκοπητών: 1. Ενεργός τηλεπισκοπητής π.χ Ραντάρ Καιρού Χρονική συχνότητα: 5 λεπτά Χωρική συχνότητα:300-600 μέτρα
2. Παθητικός τηλεπισκοπητής a) LANDSAT (ηλιοσύγχρονος) Τροχιά: 705 χλμ Χρονική επανάληψη: 16 μέρες Πλάτος: 185 χλμ Μικρότερη δυνατή διάκριση στο χώρο MSS:79*79 μέτρα TΜ:30*30 μ b) GOES ή METEOSAT (γεωσύγχρονος) Χρονική επανάληψη: 30 λεπτά διακριτική ακρίβεια στο χώρο: 1 τετρ. Χλμ c) SPOT (ηλιοσύγχρονος) Χρονική επανάληψη: 3 μέρες διακριτική ακρίβεια στο χώρο: 20μ (ή 10μ)
ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Οι δυνατότητες της τηλεπισκόπησης παρέχουν μια βιώσιμη μέθοδο να υπερκαλύψουν την απώλεια πληροφορίας. Ένα χαρακτηριστικό είναι οι ανομοιότητες σε μέσες τιμές στο χώρο και χρόνο όπως αποδίδονται: από το υδρολογικό μοντέλο όπως υπάρχουν στον πραγματικό κόσμο όπως μετρούνται από συστήματα τηλεπισκόπησης Σημείωση: τα δεδομένα τηλεπισκόπησης για να είναι χρήσιμα για πρόγνωση πρέπει να είναι συνυφασμένα με μαθηματικά μοντέλα υδρολογικών συστημάτων.
Τα δεδομένα της τηλεπισκόπησης παρέχουν συνοπτικές παρατηρήσεις με υψηλή συχνότητα παρατήρησης σε σχετικά μεγάλες περιοχές. Μετρήσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν λιγότερη ακρίβεια σ ένα δεδομένο σημείο, αλλά λόγω του μεγάλου αριθμού παρατηρήσεων, μπορεί να παράγουν μεγαλύτερη ακρίβεια για μεγάλες περιοχές. ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ Τρεις ευρείες κατηγορίες: 1. Απλές ποιοτικές παρατηρήσεις διαφορές σε χρώμα παρεμβολή ή προέκταση εκτίμησης 2. Ποσοτικές αναλύσεις υδρολογικών λεκανών γεωμετρικά σχήματα, γεωγραφικά σημεία έκταση, σχήμα, μήκος των χαρακτηριστικών ποσοστοποίηση της καλυπτόμενης έκτασης από διάφορες κατηγορίες εδαφοκάλυψης 3. Άμεσες εκτιμήσεις υδρολογικών παραμέτρων με συσχετίσεις (correlation) π.χ. εδαφική υγρασία, πάχος χιονιού ή υδατικό ισοζύγιο υετός
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 1. NDVI 2. ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΠΛΥΜΜΗΡΕΣ ΔΑΣΙΚΕΣ ΠΥΡΚΑΓΙΕΣ ΠΑΓΕΤΟΣ ΚΑΥΣΩΝΕΣ ΞΗΡΑΣΙΑ ΧΑΛΑΖΙ 3. ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ 4. ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ
ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ 1. Επιλογή περιοχής έρευνας
2. Επιλογή δορυφορικών δεδομένων Εικόνα αναφοράς: IKONOS-2 pan-sharpened 1μ της 4/3/2007 Νέα λήψη : WorldView-2 pan-sharpened 0,5μ Νέα λήψη : WorldView-2 pan-sharpened 0,5μ
2. Επιλογή δορυφορικών δεδομένων Επιτυχής λήψη δεδομένων WorldView-2 στις 26 Μαρτίου 2010. Νεφοκάλυψη: 0% WorldView-2 pan-sharpened 0.5m. Θέσεις πειραματικών πεδίων
Visual processing. New image WV-2 (26-3-2010) Field_2, 431 (RGB)
3. Τελική διαμόρφωση της μεθοδολογίας Η εκτίμηση των πραγματικών αναγκών σε νερό συγκεκριμένων καλλιεργειών κατά τη διάρκεια του φαινολογικού τους κύκλου θα γίνει μέσω: της διαχρονικής παρακολούθησης της περιοχής μελέτης των πολυφασματικών δορυφορικών δεδομένων WorldView-2 (0.5μ) της σύγκρισης της προ-καλλιεργητικής περιόδου με πολυφασματικά δεδομένα αναφοράς ΙΚΟΝΟS-2 (1μ)
3. Τελική διαμόρφωση της μεθοδολογίας Η μεθοδολογική προσέγγιση της επεξεργασίας των δορυφορικών δεδομένων περιλαμβάνει: Φωτοερμηνεία δεδομένων και κατανόηση βασικών πληροφοριών φυσικής κάλυψης και χρήσεων γης Φιλτράρισμα εικόνων και παραγωγή ψευδόχρωμων συνδυασμών απεικόνισης της φυσικής κάλυψης και χρήσεων γης [(R,G,B), (N-IR,G,Β), κλπ.] Προ-επεξεργασία δεδομένων Ραδιομετρική/ατμοσφαιρική διόρθωση Γεωμετρική διόρθωση Επεξεργασία δεδομένων Ποσοτική ανάλυση Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (PCA, Tasseled Cap Transformation, LAI, NDVI) Ποιοτική ανάλυση (Εποπτευόμενη και μη ταξινόμηση - Συσταδοποίηση) Παραγωγή θεματικών χαρτών
ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ Remote Sensing Digital Image Analysis Tasks Preprocessing and Processing Outline Data type: IK2-M: IKONOS-2, acq. time: 4-Mar-2007, 1m, pan-sharpened, 4-channels (R, G, B, N-IR) 11 bit, 1.6GB size. WV2-M: WorldView-2, acq. time: 26-Mar-2010, 0.5m, pan-sharpened, 4-channels (R, G, B, N-IR) 16bit, 7.5GB size. WV2-J: WoldView-2, acq. time: 22-Jul-2010, 0.5m, pan-sharpened, 4-channels (R, G, B, N-IR) 16bit, 7.5GB size. Satellite data processing PCA Analysis Raw data Satellite data pre-processing Field Work GPS signals Geometric correction EGSA 87 RMS±1m IK2-M: Image to GPS/GCPs, WV2-M: Image to GPS/GCPs VW2-J: Image to Image/GCPs PC1, PC2, PC3, PC4 Low pass Clustering 5 classes ISODATA Tasseled Cap Transformation Covariance Matrix ΔBrightness, ΔGreeness, ΔYellowness Raw data Thematic mapping /zoning (March/June) Atmospheric correction ATCOR2 Sensor calibration Atmospheric conditions Time consuming: Data resampled to: 2,4m Calibrated data March/June ISODATA Clustering (5 classes) Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI) March/June Leaf Area Index based on NDVI Low pass Thematic mapping /zoning (March/June) FPAR
Γεωμετρική διόρθωση WV2, 26-March-2010 Image to image Image to GPS gcps IK2, 4-March-2007 WV2, 22-July-2010
Απεικόνιση του τροποποιημένου συστήματος αξόνων στην ανάλυση των κύριων συνιστωσών (PCA) κατά τον οποίο τα ανύσματα των εικονοστοιχείων (pixels) έχουν δεν σχετίζονται μεταξύ τους Principal Components Analysis Περιοχή συγκέντρωσης των ανυσμάτων των εικονοστοιχείων με μεγάλη συσχέτιση μεταξύ τους x 2 άξονες του χώρου y στους οποίους τα δεδομένα έχουν μικρή συσχέτιση μεταξύ τους y 2 y 1 x 1 άξονες του χώρου Χ Machine processing. Reference IKONOS-2 Image (4-3-2007)
Principal Components Analysis Machine processing. Reference IKONOS-2 Image (4-3-2007) PC1, second agricultural field
Tasseled Cap Transformation Data: WV2-March, Field: Mitsoyannis ΔBrightness ΔGreeness
Soil Adjusted Vegetation Index WV-2-July Mitsoyannis Vardoulis Samaras
Leaf Area Index based on NDVI The leaf area index (LAI) is the density of the green leaves in an area. It is a measure of the green leaf area (one-side) per unit of surface area. LAI on NDVI uses the visible and near-infrared bands to measure the density and vigor of green vegetation by comparing the amount of visible light reflected to the amount of near-infrared light reflected. WV-2-March Mitsoyannis Vardoulis Samaras
Fraction of Photosynthetically Active Radiation (FPAR) The Fraction of Photosynthetically Active Radiation (FPAR) equation uses the red and near-infrared bands to calculate the fraction of radiation between 400 and 700 nm absorbed by green vegetation. The FPAR equation contains three parameters whose values depend on the type of vegetation being measured and on the season in which they are being measured. The equation also includes the result from the leaf area index (LAI) equation. TBD (time consuming) results expected
Clustering PCA-March Thematic Map Without filtering
Clustering PCA-July Thematic Map Without filtering
Soil organic matter