Εκτίμηση συγκέντρωσης αζώτου σε αγρούς καλαμποκιού με φασματοσκοπία και τηλεπισκόπηση για εφαρμογές γεωργίας ακριβείας
Creators: name: Κοντούρης, Γεώργιος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Φασματοσκοπία - τηλεπισκόπηση
Γεωργία ακριβείας
Συγκέντρωση αζώτου
Καλαμπόκι
Spectroscopy - remote sensing
Precision agriculture
Nitrogen concentration
Corn

description: Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η εκτίμηση συγκέντρωσης αζώτου σε αγρούς καλαμποκιού με φασματοσκοπία και τηλεπισκόπηση για εφαρμογές γεωργίας ακρίβειας. Επιμέρους στόχοι ήταν η διερεύνηση των κατάλληλων δεικτών βλάστησης για την ακριβέστερη εκτίμηση της συγκέντρωσης Ν σε φύλλα καλαμποκιού με σπεκτρόμετρο πεδίου, η αξιολόγηση εικόνων UAV και δορυφορικών εικόνων για την χαρτογράφηση της χωρικής παραλλακτικότητας συγκέντρωσης Ν σε αγρούς καλαμποκιού, και η χρήση των παραπάνω για την διερεύνηση της δυνατότητας δημιουργίας χάρτη εφαρμογής αζωτούχου λίπανσης. Για τη εκπόνηση αυτής της εργασίας αξιοποιήθηκαν τα εξής δεδομένα που είχαν συγκεντρωθεί στα πλαίσια του προγράμματος AGRO_LESS (Κοινές στρατηγικές καθοδηγούμενης άσκησης αγροτικών δραστηριοτήτων για την εφαρμογή χωρικά διαφοροποιημένης γεωργίας μειωμένων εισροών): καμπύλες φασματικής ανάκλασης από φύλλα καλαμποκιού σε πείραμα ελεγχόμενης αζωτούχου λίπανσης και σε πιλοτικούς αγρούς στη Χρυσούπολη και το Κολχικό, πολυφασματικές εικόνες από τους αγρούς που λήφθηκαν από εξακόπτερο UAV και τον δορυφόρο Pleiades-1A, και εργαστηριακές αναλύσεις φύλλων για να μετρηθεί το ποσοστό περιεκτικότητάς τους σε άζωτο. Από τις καμπύλες φασματικής ανάκλασης υπολογίσθηκαν δείκτες βλάστησης στενής περιοχής ενώ από τα κανάλια των εικόνων κοινοί δείκτες βλάστησης. Με ανάλυση παλινδρόμησης εντοπίστηκε το βέλτιστο γραμμικό μοντέλο για την εκτίμηση της συγκέντρωσης αζώτου σε φύλλα και στον αγρό. Οι δείκτες MCTI και GNDVI παρουσίασαν την μεγαλύτερη ευαισθησία στην ποσότητα της χλωροφύλλης στο φύλλο και επομένως ήταν οι καταλληλότεροι δείκτες βλάστησης για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης αζώτου. Εντοπίστηκε μεγαλύτερο ποσοστό εξηγούμενης παραλλακτικότητας στο ελεγχόμενο πείραμα (έως 75%) σε σχέση με τις καμπύλες φασματικής ανάκλασης στο πεδίο (έως 25%). Με τη χρήση γεωγραφικής ανάλυσης έγινε εφαρμογή του αλγορίθμου των Holland και Schepers (2013) στην υφιστάμενη συγκέντρωση αζώτου από την UAV εικόνα του αγρού της Χρυσούπολης στις 16/6/15 και παράχθηκε θεματικός χάρτης συνταγογράφησης αζωτούχου λίπανσης. Το ποσοστό εξηγούμενης παραλλακτικότητας από το μοντέλο για τις UAV εικόνες κυμάνθηκε από 51 ως 77% ενώ για τις δορυφορικές εικόνες ήταν έως 47%. Ο χάρτης συνταγογράφησης αζώτου που παράχθηκε μπορεί να φορτωθεί σε τερματικά χειρισμού μηχανημάτων χωρικά εντοπισμένης λίπανσης και να γίνει εφαρμογή της συνταγογραφούμενης ποσότητας αζώτου
description: The purpose of this thesis was the estimation of nitrogen concentration in corn fields using spectroscopy and remote sensing in order to be used in precision agriculture applications. Specific objectives were to investigate suitable vegetation indices to more accurately estimate the nitrogen concentration in corn leaves using field spectrometer, to evaluate UAV and satellite images to map the spatial variation of nitrogen concentration in corn fields and to use the above to create a site-specific nitrogen application map. The following data, which were gathered during the AGRO_LESS project (Joint reference strategies for rural activities of reduced inputs), were used for the development of this thesis: spectral reflectance curves from corn leaves in a controlled nitrogen fertilization experiment and from pilot fields in Chrysoupolis and Kolchiko, multispectral images from these fields that were taken from a UAV hexacopter drone and the Pleiades-1A satellite, as well as laboratory leaf analyses to measure their nitrogen content. Narrow band vegetation indices were calculated from the spectral reflectance curves while common vegetation indices were calculated from the image channels. Using regression analysis, the optimal linear model for the estimation of nitrogen leaf and field concentration was identified. The MCTI and GNDVI indices had the greatest sensitivity to the amount of leaf chlorophyll and were thus the most suitable vegetation indices for the calculation of nitrogen concentration. A higher percentage of model variance was described in the controlled experiment (up to 75%) compared to the spectral reflectance curves in the field (up to 25%). Using geographical analysis, the Holland and Schepers algorithm (2013) was applied on the existing nitrogen concentration, from the UAV image of Chrysoupolis pilot farm in 16/6/15 and a thematic map of nitrogen fertilization prescription was generated. The percentage of model variation from the model for the UAV images ranged from 51% to 77% while for the satellite images was up to 47%. The generated site-specific fertilization map can be loaded on variable rate fertilization vehicle terminals and thus the prescribed amount of nitrogen can be applied.