دانلود رایگان مقاله نظارت بر کاشت برنج شالی الگوی کشت پیچیده در مناطق گرمسیر با استفاده از داده های ماهواره

چکیده

         این مطالعه با هدف توسعه روش نظارت بر کاشت برنج شالی، قابل اجرا برای مناطق واقع در نواحی گرمسیری و مرطوب است این روش با استفاده دو مرحله یکپارچه شده است  به عنوان قدم اول، ما اقدام به تولید نقشه استفاده از زمین نموریم که بین مزرعه شالیکاری با استفاده از داده های چند زمانی ماهواره Landsat تمایز قائل می شد به منظور حذف اثر پوشش ابر، روش جدیدی برای طبقه بندی استفاده از زمین معرفی شد این روش پنج شاخص را به کار میگیرد، که می تواند شرایط خاص از سطح زمین در خاک، پوشش گیاهی و آب را نشان دهد که حاصل از داده های ماهواره Landsat است و برای استفاده از زمین با استفاده از مقادیر حداکثر شاخص ها برای صحنه های چندزمانی تمایز قائل شده است نتایج بهبود معنی داری را در دقت تمایز در مقایسه با نسبت به روش مرسوم طبقه بندی برای استفاده از زمین با استفاده از اطلاعات طیفی داده های ماهواره Landsat نشان داد مزرعه شالیکاری استخراج شده توسط این مرحله به عنوان داده ماسک برنج شالی در مرحله بعدی استفاده می شود گام دوم ساخت به روش قضاوت زمان کشت برنج با استفاده از داده های MODIS است.

       در این مطالعه، ما سری زمانی هم از EVI (بهبود شاخص پوشش گیاهی) و NDWI (شاخص تفاوت آب نرمال شده) به دست آمده از ترکیب 16 روزه مجموعه داده محصول پوشش گیاهی MODIS را در ترکیب با اطلاعات آماری به دست آمده از ادارات اداری محلی را مورد بررسی قرار میدهیم ما یک طرح را ایجاد میکنیم که می تواند محل کاشت برنج شالی را پس از حدود دو ماه پس از کاشت برآورد نماید نتایج قابلیت شناسایی زمان کاشت برنج برای بخش گسترده ای از غرب جاوا را با استفاده از داده های MODIS و با کمک تجزیه و تحلیل الگوی انتقال از مکانی به ناحیه کاشت برای سال اخیر نشان داد.

1. مقدمه

1.1 زمینه

        سنجش از راه دور ماهواره ابزار قدرتمند برای نظارت بر تغییرات وضعیت سطح زمین از قابلیت های آن ازمشاهده متناوب بر روی همان محل است تغییرات فصلی سطح زمین با نوع استفاده از زمین ارتباط دارد، به خصوص استفاده از زمین های کشاورزی، بنابراین، نظارت بر کشت محصول خاص، هدف کاربرد سنجش از راه دور است برنج مهم ترین محصول غذایی به طور گسترده ای در مناطق گرمسیری تا منطقه آب و هوایی معتدل کشت  میشود و تعدادی از تحقیقات برای برآورد حالت کاشت برنج با استفاده از داده های سنجش از دور انجام شده است.

         نقشه برداری از مزرعه شالیکاری یک هدف با استفاده از داده های ماهواره Landsat شد تلاشها تا حدی برای محل واقع در منطقه آب و هوایی معتدل موفق بودن، که در آن برنج در دوره محدود از سال کاشته می شود برای محل واقع در منطقه آب و هوایی مرطوب گرمسیری، با این حال، روش استخراج مزرعه شالیکاری به علت احتمال بالای توسعه پوشش ابر و نیز تنوع گسترده ای از الگوهای موجود با موفقیت روبرو نشد. در مورد اندونزی، که محل مطالعه قرار داده شد، چند نهاد ملی، از داده های ماهواره Landsat با استفاده از کتابچه راهنمای کاربر تفسیر تصاویر تمایز نقشه استفاده از زمین را ایجاد نمودند. این نقشه ها توزیع فضایی عمومی از مزرعه شالیکاری را به تصویر کشیده اما مشکلات تناقض از مناطق تفسیر شده بین موسسات مختلف و همچنین دقت فضایی کم در مقایسه با طبقه بندی بر اساس پیکسل را به همراه دارد. بنابراین، لازم است به طور عقلانی داده های توزیع برنج به دست آمده با وضوح فضایی، سازگار با اندازه زمین های کشاورزی باشد. نویسنده اقدام به توسعه روشی برای تولید نقشه توزیع برنج، قابل انطباق با محل تحت بررسی نموده است و نتیجه نویدبخشی توسط آزمایش مقدماتی را نشان داده است. (Uchida ,2008)

        الگوی برداشت برنج می تواند با تجزیه و تحلیل ویژگی های صداشناسی به دست آمده از از اطلاعات ماهواره ای تفکیک زمانی بالا نظارت شود. MODIS برای مشخص کردن الگوی کشت برنج در منطقه آسیا به عنوان منبع داده ها استفاده شده است (Takeuchi and Yasuoka, 2004; Sakamoto et al, 2006; Xiao et al, 2006). این مطالعات موفقیت الگوی فضایی توزیع برنج منطقه در مقیاس قاره ای را نشان داد و نیز به درستی تغییرات زمانی از منطقه کشت برنج در مقیاس بزرگ آبیاری زمین را ارائه نمود. با این حال، نتایج این مطالعات نمی تواند برای برآورد مورد الگوی کشت پیچیده ارائه شده به طور معمول در غرب جاوا، اندونزی بهینه سازی شود. در این نقطه، پیاده سازی مطالعه بیشتر از روش نظارت بر کاشت برنج مهم است که باید قابل انطباق با منطقه گرمسیری مرطوب باشد. بنابراین، نویسنده مقدمتاً مورد بررسی قابلیت سازگاری داده ها MODIS ترکیب برای برآورد زمان کاشت برنج در مطالعه موردی اندونزی آزمایش نموده است. (Uchida, 2007) 

1.2 اهداف

        روش توسعه داده شده ذکر شده در بالا توسط نویسنده می تواند به عنوان یکی از ابزارهای مفید برای نظارت بر کاشت برنج شالی مورد توجه قرار گیرد. اما او هنوز سازگاری و یا صحت آنها ارزیابی ننموده است. بنابراین، اولین هدف از این مطالعه ارزیابی روش های توسعه یافته برای سازگاری خود برای مورد منطقه آب و هوایی گرمسیری و مرطوب و ارزشیابی قابلیت اطمینان برآورد است.

       هدف دوم توصیف ویژگی های مکان-زمانی از کاشت برنج با استفاده از مجموعه داده های زمان تولید شده کاشت برنج برای محل مورد مطالعه است.

1.3 محل مورد مطالعه 

        محل مورد مطالعه در بخش غربی جزیره جاوای اندونزی واقع شده که شامل غرب جاوا، استان های Bantan و جاکارتا متروپولیتن می شود، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. از لحاظ توپولوژی آبرفتی دشت در کناره ساحلی شمال و کوه ها گسترش می یابد، که از ارتفاع 2،000 متر تجاوز می کند، در قسمت وسط جزیره واقع شده است. بارندگی سالانه به طور گسترده ای از حدود 1200 میلی متر در منطقه ساحلی شمال به بیش از 4،000 میلی متر در منطقه کوهستانی تغییر می کند. فصل خشک به طور معمول از مه-سپتامبر مشخش می شود، اما به خصوص در منطقه کوهستانی مشخص نیست.  

         غرب جاوا فشرده ترین منطقه تولید برنج شده است، که در آن به طور متوسط کاشت برنج در مزرعه شالیکاری 2.45 بار در سال 2005 بوده است. در بخشی از دشت آبرفتی از شمال، مزارع برنج به طور گسترده ای در ارتباط با مقیاس بزرگ شبکه های آبیاری گسترش یافته اند. تقویم برداشت این منطقه به طور کلی از ماه اکتبر با شروع فصل هماهنگ بارانی آغاز می شود. در بخشی از دامنه کوه ها، از سوی دیگر، فصل برداشت تحت شرایط غیرسیستماتیک سیستم های آبیاری تصادفی مرتب تصادفی است. 

ABSTRACT

        This study aimed at the development of method of monitoring paddy rice planting applicable to areas located in the tropical humid climate region. The method was integrated with two steps of procedure. As the first step, we attempted to produce land use map which discriminated paddy field using multi-temporal Landsat data. In order to remove the effect of cloud cover, a new method of land use classification was introduced. This method employed five indices, which could represent the specific condition of ground surface on soil, vegetation or water, derived from Landsat data, and discriminated land use by using maximum values of indices for multi-temporal scenes. The results showed meaningful improvement in accuracy of discrimination compared to conventional method of land use classification using spectral information of Landsat data. Paddy field extracted by this step was used as paddy mask data in the following step. The second step was to construct a method to judge the time of rice planting using MODIS data. In this study, we examined the time series of EVI (Enhance Vegetation Index) and NDWI (Normalized Difference Water Index) obtained from 16-day composite MODIS vegetation product dataset in combination with statistical information obtained from local administrative offices. We developed a scheme that could estimate the place of paddy rice planting after about two months from planting. The results showed a capability of identifying time of planting rice for extensive part of West Java using MODIS data and contributed to analyze the pattern of spatial transition of area of planting for recent years.

1. INTRODUCTION

1.1 Background

        Satellite remote sensing is a powerful tool to monitor the changes of land surface conditions from its capability of periodical observation over the same site. Seasonal changes of land surface are associated with land use type, especially agricultural land use, therefore, monitoring of cultivation of specific crop was a target of application of remote sensing. Rice is the most significant staple food crop cultivated widely in the tropical to temperate climate region, and a number of researches had been carried out to estimate state of rice planting using remote sensing data.

        Mapping of paddy field was a target by using Landsat data. Attempts were partially successful for the site located in the temperate climate zone, where rice was planted in the limited period of the year. For the site located in the tropical humid climate region, however, method of paddy field extraction was not successfully developed due to the high probability of cloud cover and also wide variation of existing cropping patterns. In case of Indonesia, of which the study site was included, several national institutions produced land use map discriminating paddy field, from Landsat data by means of manual interpretation of the imagery. These maps depicted general spatial distribution of paddy field but contained problems of inconsistency of interpreted areas between different institutions as well as spatially low accuracy compared with pixel based classification. Therefore, it is required rationally obtained paddy distribution data with spatial resolution compatible to the size of agricultural fields. The author attempted to develop a method to produce paddy distribution map applicable to the study site and showed promising result by preliminary examination (Uchida, 2008).

        Cropping pattern of rice could be monitored by analyzing phonological features obtained from high-temporal resolution satellite data. MODIS was employed as the source data to characterize the pattern of rice planting in Asian region (Takeuchi and Yasuoka, 2004; Sakamoto et al, 2006; Xiao et al, 2006). These studies showed successfully the pattern of spatial distribution of rice planted area in the continental scale, and also presented properly temporal changes of rice cultivated area in the large scale irrigated land. However, the results of these studies could not be optimized to estimate the case of complex cropping pattern typically presented in West Java, Indonesia. At this point it is significant to implement further study of method of monitoring rice planting, which should be applicable to the tropical humid region. Then, the author preliminarily examined adaptability of composite MODIS data for estimating rice planting time in Indonesian case study (Uchida, 2007).

1.2 Objectives

       The methods developed by the author mentioned above could be noticed as useful tools for monitoring paddy rice planting, but he has not yet assessed their adaptability or accuracy. Therefore, the first objective of this study is to assess both of developed methods for their adaptability for the case of tropical humid climate region and to evaluate reliability of estimation.

        The second objective is to characterize spatio-temporal features of rice planting by using produced time series data of rice planting for the study site.

1.3 Study Site

         The study site is located in the western part of Java Island of Indonesia involving West Java, Banten Provinces and Jakarta Metropolitan, as shown in Figure 1. Topographically, alluvial plain extends along the northern coastal side and mountains, of which the elevation exceeds 2,000 meters, are situated in the middle part of island. Annual rainfall varies widely from around 1,200 mm in the northern coastal area to more than 4,000 mm in the mountainous area. Dry season is presented normally from May to September, but it is not distinctive especially in the mountainous area.

       West Java is the most intensive rice production area, where average of rice planting on paddy field was 2.45 times per year in 2005. In the part of alluvial plain of the northern part, paddy fields are extended widely in association with large scale irrigation networks. Cropping calendar of this area is generally started from October in harmonized with the onset of rainy season. In the part of foot of mountains, on the other hand, cropping season tends to be randomized under the condition of unsystematically arranged irrigation systems.

چکیده

1 مقدمه

1.1 زمینه

1.2 اهداف

1.3 محل مورد مطالعه 

2. روش ها

2.1 تبعیض از استفاده از زمین 

2.2 برآورد زمان کاشتن برنج 

3. نتایج و بحث 

3.1 ارزیابی تفاضل استفاده از زمین

3.2 بررسی و برآورد زمان کاشت برنج 

3.3 ویژگیهای تغییرات در کاشت برنج

4. نتیجه گیری

منابع

ABSTRACT

1. INTRODUCTION

1.1 Background

1.2 Objectives

1.3 Study Site

2. METHODS

2.1 Discrimination of Land Use

2.2 Estimation of Rice Planted Time

3. RESULTS AND DISCUSSIONS

3.1 Assessment of Land Use Discrimination

3.2 Evaluation of Estimation of Rice Planted Time

3.3 Characterization of Changes of Rice Planting

4. CONCLUSIONS

References