شماره ركورد
26102
شماره راهنما
MAP2 140
عنوان
بررسي پتانسيل شاخصهاي گياهي مستخرج از تصاوير ماهواره سنتينل2 بهمنظور برآورد سطح باغات (منطقهمطالعاتي: شهرستان تيران اصفهان)
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي نقشه برداري- سنجش از دور
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1404/06/26
صفحه شمار
108 ص .
استاد راهنما
سيدباقر فاطمي نصرآبادي
كليدواژه فارسي
شاخصهاي گياهي , يادگيري ماشين , استخراج باغات , تصاوير ماهوارهاي رايگان , تصاوير سنتينل2 , نقشه¬هاي كاربري و پوشش زمين
چكيده فارسي
باغات بهعنوان بخشي مهم از كاربريهاي اراضي، علاوه بر نقش اقتصادي، سهم قابلتوجهي در پايداري اكولوژيكي و امنيت غذايي دارند. بااينحال، شناسايي و تفكيك دقيق باغات از ساير پوششهاي گياهي به دليل شباهت طيفي با مزارع و فضاهاي سبز شهري، تغييرات فصلي و محدوديت دادههاي ميداني با چالشهاي جدي روبهروست. در اين راستا، فناوري سنجشازدور و استفاده از شاخصهاي گياهي ابزاري نوين و كارآمد براي پايش و استخراج سطح باغات فراهم ميآورد.
در اين پژوهش، بهمنظور بررسي پتانسيل شاخصهاي گياهي در استخراج سطح باغات، از تصاوير Sentinel-2 L2A در سال 1398 خورشيدي و دادههاي واقعيت زميني كاداستر كشاورزي شهرستان تيران و كرون (استان اصفهان) استفاده شد. پس از پيشپردازش شامل بررسي هممكاني پيكسلها و حذف ابر با الگوريتم S2Cloudless، تعداد 33 شاخص گياهي استخراج گرديد. اين شاخصها بهعنوان ورودي براي مراحل بعدي تحليل و تفكيك پوشش باغي و غيرباغي مورد استفاده قرار گرفتند. در ابتدا، روش آستانهگذاري اتسو جهت تعيين آستانه براي هر شاخص در هرماه استفاده گرديد. سپس بهمنظور افزايش دقت جداسازي نواحي باغي از غيرباغي از طريق جستوجوي خودكار براي تعيين حدآستانه از الگوريتم بهينهسازي ازدحام ذرات استفاده شد،كه در سه حالت مختلف شامل تعيين آستانه هر شاخص در هر ماه، تركيب خطي شاخصهاي منتخب ماهانه و تركيب خطي سالانه اجرا شد. در ادامه، طبقهبندي مبتني بر يادگيري ماشين با الگوريتمهاي جنگل تصادفي و ماشين بردار پشتيبان انجام شد. دادهها در چهار رويكرد مورد بررسي قرار گرفتند: در نخستين رويكرد، هر شاخص بهصورت سري زماني سالانه طبقهبندي شد؛ در رويكرد دوم، تصاوير خام در سه حالت شامل باندهاي مرئي و NIR، تنها باندهاي مرئي و تركيب NIR و SWIR با شاخصهاي متناظرشان مقايسه شدند؛ دادههاي ماههاي منتخب كه پيشتر مشخص شده بودند نيز بهصورت جداگانه طبقهبندي گرديدند و در نهايت، يك رويكرد تكزمانه بر اساس بهترين ماه و شاخصهاي برتر همان ماه اجرا شد.
نتايج نشان داد كه الگوريتمهاي يادگيري ماشين، بهويژه جنگل تصادفي، عملكردي برتر نسبت به روشهاي آستانهگذاري داشتند و توانستند با بهرهگيري از ويژگيهاي طيفي متنوع، دقت استخراج باغات را به طور چشمگيري افزايش دهند. در تحليل تكشاخصها، شاخص RDI بيشترين دقت سالانه را ارائه كرد (دقت كلي 0.914)، و در ميان شاخصهاي مبتني بر باندهاي NIR و SWIR، شاخص GVMI بيشترين دقت را در تركيب خطي سالانه داشت (0.927). در تحليل ماهانه، ماه مهر بيشترين دقت تفكيك را فراهم كرد، به ويژه هنگامي كه شاخص GARI بهصورت تكشاخص مورد استفاده قرار گرفت (0.912). تركيب چندشاخصه شامل NDVSI، MSAVI، SR و EVI در دادههاي چندزمانه، دقت كلي را تا 0.937 افزايش داد. اين يافتهها نشان ميدهد كه انتخاب هوشمندانه شاخصها در كنار بهرهگيري از دادههاي چندزمانه و الگوريتمهاي يادگيري ماشين، رويكردي مؤثر براي برآورد سطح باغات و رفع محدوديتهاي ناشي از شباهت طيفي و تغييرات فصلي است.
كليدواژه لاتين
Vegetation Indices , Machine learning , Orchard Extraction , Free Satellite Imagery , Sentinel-2 Images , Land Use and Land Cover Map
عنوان لاتين
Investigating the potential of vegetation indices extracted from Sentinel 2 satellite images in order to estimate the area of orchards (study area: Tiran, Isfahan)
گروه آموزشي
مهندسي نقشه برداري
چكيده لاتين
Orchards, as a significant land-use category, not only play an important economic role but also contribute substantially to ecological sustainability and food security. However, accurate identification and delineation of orchards from other vegetation cover face major challenges due to spectral similarity with croplands and urban green spaces, seasonal variations, and limitations in field data. In this context, remote sensing technology and the use of vegetation indices provide a novel and efficient tool for monitoring and mapping orchard areas.
In this study, to evaluate the potential of vegetation indices for orchard area extraction, Sentinel-2 L2A imagery from the year 2019 and ground truth cadastral data from the Tiran and Karun County (Isfahan Province) were utilized. After preprocessing, including pixel co-registration and cloud masking using the S2Cloudless algorithm, a total of 33 vegetation indices were derived. These indices served as inputs for subsequent analyses aimed at separating orchard from non-orchard areas. Initially, the Otsu thresholding method was applied to determine thresholds for each index on a monthly basis.Subsequently, to improve the accuracy of separating orchard and non-orchard areas through automatic threshold optimization, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm was employed, which was implemented in three different modes: (1) determining an optimal threshold for each index in each month, (2) forming linear combinations of selected monthly indices, and (3) generating a yearly linear combination of indices.
Furthermore, machine learning–based classification was conducted using Random Forest and Support Vector Machine algorithms. The data were analyzed through four different approaches: in the first approach, each index was classified as an annual time series; in the second, raw imagery in three configurations—visible and NIR bands, visible bands only, and combined NIR and SWIR bands with their corresponding indices—were compared. Data from selected months, previously identified based on thresholding analyses, were also classified separately, and finally, a single-date approach was applied using the best-performing month and its top indices.
The results indicated that machine learning algorithms, particularly Random Forest, outperformed thresholding methods and substantially improved orchard extraction accuracy by leveraging diverse spectral features. In single-index analysis, the RDI index achieved the highest annual accuracy (overall accuracy = 0.914), while among NIR- and SWIR-based indices, GVMI yielded the highest accuracy in annual linear combinations (0.927). In monthly analysis, October (Mehr) provided the highest discrimination accuracy, especially when the GARI index was used individually (0.912). A multi-index combination of NDVSI, MSAVI, SR, and EVI in multi-temporal data further increased overall accuracy to 0.937. These findings highlight that intelligent selecti on of vegetation indices, combined with multi-temporal data and machine learning algorithms, constitutes an effective approach for estimating orchard areas and overcoming limitations due to spectral similarity and seasonal variations.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
167466
نويسنده