مقایسه روش‌های مختلف طبقه‌بندی در برآورد کسر پوشش گیاهی چغندرقند با استفاده از تصاویر پهپادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بین المللی امام خمینی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه مهندسی آب

2 دانشجوی دکتری- مهندسی آبیاری زهکشی- گروه علوم و مهندسی آب - دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

3 گروه علوم و مهندسی آب- دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

10.22059/jwim.2024.383445.1181

چکیده

کسر پوشش گیاهی (CCF ) یکی از شاخص‏های مهم در تعیین وضعیت ظاهری گیاه و تشخیص وضعیت گیاه از نظر وجود و یا عدم وجود تنش در گیاه محسوب می‏شود. امروزه با پیشرفت فن‏آوری و در دسترس بودن دوربین‏های دیجیتالی با کیفیت بالا، امکان تعیین و پایش کسر پوشش گیاهی در تمام طول فصل رشد و بدون تخریب گیاه وجود دارد. در این پژوهش برای تعیین کسر پوشش گیاهی چغندرقند، از تصاویر هوایی مزرعه پژوهشگاه علوم گیاهی در سوئیس استفاده شد. تعداد 481 تصویر در باند طیف مرئی و در ارتفاع متوسط 10 متری از سطح زمین با استفاده از پهپاد DJI MATRICE 100 در چهار تاریخ مختلف برداشت شد. برای تعیین کسر پوشش گیاهی پنج روش طبقه‏بندی نظارت شده، شامل فاصله ماهالانوبیس (MahD)، حداکثر احتمال (MaxLh)، حداقل فاصله (MinD)، شبکه عصبی (NN) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد دو روش SVM و MaxLh با مقدار دقت کلی (OA) 99 درصد بهترین نتیجه را در طبقه‏بندی تصویر و محاسبه کسر پوشش گیاهی داشتند. مقایسه نتایج بدست آمده برای تمام تاریخ‏های تصویربرداری نشان داد از نظر زمان پردازش‏ها روش MaxLh با سازوکار نسبتا ساده به عنوان مناسب‏ترین روش در برآورد پوشش سایه‏انداز چغندرقند می‏باشد و نسبت به روش‏های مبتنی بر یادگیری ماشین مانند NN و SVM سریع‏تر بوده و می‏تواند به عنوان روش جایگزین با دقت بالا و بسیار نزدیک به روش‎های یادگیری ماشین، مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of different classification methods in estimating sugar beet canopy cover fraction using drone images

نویسندگان [English]

  • Masoud Soltani 1
  • Seyyed Reza Haddadi 2
  • Abbas Kaviani 3
1 abureihan university
2 PhD Std. Irr. & Dra. Eng. Water Sci. & Eng. Dept. IKIU
3 Water and Science Eng. Dept. IKIU
چکیده [English]

Canopy cover fraction (CCF) is one of vital parameters to determine crop appearance and stress detection. Recent advancement in technologies and availability of digital camera with high quality provide suitable condition for monitoring and determining canopy cover fraction during whole growing season without disturbing. In this study sugar beet aerial photos taken from research field of science institute in Switzerland was used. A number of 481 images were taken in the visible spectrum band at an average height of 10 meters above the ground using a DJI MATRICE 100 drone on four different dates. To determine the canopy cover fraction, five supervised classification methods, including Mahalanobis distance (MahD), maximum likelihood (MaxLh), minimum distance (MinD), neural network (NN) and support vector machine (SVM) were evaluated. The results showed that SVM and MaxLh methods with an overall accuracy (OA) of 99% had the best results in image classification and CCF calculation. The comparison of the obtained results for all imaging dates showed that in terms of processing time, the MaxLh method with a relatively simple mechanism is the most appropriate method in estimating the sugar beet CCF and compared to the methods based on machine learning, like NN and SVM, it is faster and can be used as an alternative method with high accuracy and very close to machine learning methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Maximum Likelihood
  • Mahalanobis Distance
  • Support Vector Machine
  • Neural Network