مدیریت آب و آبیاری

مدیریت آب و آبیاری

تخمین شاخص کسری آب با استفاده از تحلیل تصاویر ماهواره‌ی لندست-8 و سنتینل-2 و مدل‌های یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
استادیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
10.22059/jwim.2026.412422.1295
چکیده
بهره وری پایین آب در بخش کشاورزی در کنار تشدید اثرات تغییر اقلیم، از عوامل مهم افزایش فشار بر منابع آب است. پایش مستمر تنش آبی در سطح مزارع و باغات می‌تواند به‌عنوان عاملی کمک‌کننده در جهت کاهش این فشار مطرح شود. در این پژوهش از ترکیب مدل‌های یادگیری ماشین و سنجش از دور برای برآورد مستقیم شاخص کسری آب استفاده شد. در این راستا دو سناریو برای تخمین شاخص کسری آب در باغات پسته دشت رفسنجان توسط مدل‌های یادگیری ماشین تهیه شد. در سناریوی 1 ورودی و خروجی مدل‌های یادگیری ماشین به ترتیب باندهای طیفی ماهواره سنتینل-2 و تصاویر شاخص کسری آب تخمین زده شده توسط الگوریتم METRIC در نظر گرفته شد. در سناریوی 2 این ورودی شامل ترکیب باندهای طیفی سنتینل-2 و باند حرارتی ماهواره لندست-8 و خروجی مشابه سناریوی 1 در نظر گرفته شد. نوآوری این پژوهش در ارائه یک روش‌شناسی برای تخمین مکانی شاخص کسری آب با تفکیک مکانی بالا با استفاده از مدل‌های یادگیری ماشین و تصاویر ماهواره‌های سنتینل-2 و لندست-8 است. نتایج نشان داد که در سناریوی 2 با در نظر گرفتن اطلاعات حرارتی، شاخص کسری آب با دقت مطلوبی در مراحل مختلف رشد گیاه تخمین زده شد. در این راستا مدل ANN با شاخص DC و KGE به‌ترتیب برابر 718/0 و 818/0 بهترین عملکرد را نسبت به مدل‌های SVR و RF نشان داد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Estimation of Water Deficit Index Using Landsat-8 and Sentinel-2 Satellite Imagery and Machine Learning Models

نویسندگان English

Soroush Sharghi
Amin Zeynolabedin
Assistant Professor, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran,
چکیده English

Low agricultural water productivity, together with the growing impacts of climate change, has increased pressure on water resources. Continuous monitoring of plant water stress at field and orchard scales can help alleviate this pressure. In this study, Machine Learning (ML) models were combined with remote sensing data to directly estimate the Water Deficit Index (WDI). Two scenarios were developed for WDI estimation in pistachio orchards of the Rafsanjan Plain. In the first scenario, Sentinel-2 spectral bands were used as input data, while WDI images derived from the METRIC algorithm were used as the target output. In the second scenario, the input data consisted of a combination of Sentinel-2 spectral bands and the thermal band of Landsat-8, while the output remained the same as in the first scenario. The novelty of this study lies in the development of a methodological framework for high-spatial-resolution mapping of WDI through the integration of ML models with Sentinel-2 and Landsat-8 satellite imagery. The results showed that, in the second scenario, incorporating thermal information improved the accuracy of WDI estimation across different plant growth stages. Among the evaluated models, the Artificial Neural Network (ANN) achieved the best performance, with DC and KGE values of 0.718 and 0.818, respectively, outperforming the SVR and RF models.

کلیدواژه‌ها English

METRIC algorithm
Water Deficit Index
Mechine Learning models
Landsat-8

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 مرداد 1405