استخلاص بيانات حقول القمح باستخدام تقنية الاستشعار عن بعد الطيفي الفائق، مع التركيز على الكائنات.

في ممارسات الزراعة الدقيقة، تُعد حدود قطع الأراضي أهم بيانات الزراعة. فهي توفر صلة بين جميع بيانات المحاصيل والواقع، وتوفر حدودًا جغرافية دقيقة لإحصاءات وتحليلات نمو المحاصيل على مستوى قطعة الأرض، كما توفر أساسًا لتحليل تغيرات مساحة قطعة الأرض والمراقبة طويلة الأجل للمحاصيل في مختلف مراحل نموها.

نظراً لاختلاف نماذج الإنتاج الزراعي وتاريخ الزراعة في مختلف المناطق، يتباين تعريف ومفهوم "القطعة الأرضية"، ولا تتطابق نتائج الملاحظات على مختلف المقاييس تماماً. يعتمد استخلاص القطع الأرضية في هذه الورقة على صور الاستشعار عن بُعد عبر الأقمار الصناعية بدقة 10 أمتار. لذا، تُعرَّف القطعة الأرضية بأنها وحدة زراعية مستقلة نسبياً، مفصولة بطرق معبدة كطرق الريف أو طرق القرى.

طريقة استخراج صور قطع القمح

استخدم فريق CAS Xiguang Aerospace الصورة المركبة ذات القيمة القصوى للقمح في مقاطعة لينتونغ خلال مرحلة التفرع في عام 2023، واستخرج قطع القمح لموسم 2023-2024 باستخدام تقنية التصنيف الموجهة نحو الكائنات.
يقسم التصنيف الموجه نحو الكائنات معالم الأرض إلى كائنات مستقلة من خلال منهجية التجزئة ثم التصنيف، ثم يصنفها بناءً على هذه الكائنات. يتجنب هذا النهج إلى حد كبير تأثير التباين غير المتجانس للتصنيف التقليدي القائم على البكسل، مع تحسين قابلية تفسير التصنيف. ويكون الناتج عبارة عن متجه لقطعة الأرض، يمكن استخدامه مباشرةً في حسابات الشكل والمساحة والإحصاءات، مما يسهل التحليل اللاحق.

▲الشكل 1 نتائج التصنيف الموجه نحو الكائنات

تحليل نتائج صور القمح

استنادًا إلى الدراسات السابقة وخصائص التضاريس المحلية، قُسّمت الفئات إلى خمسة أنواع: القمح، والمناطق الحضرية/المنشآت، والتربة العارية، والمناطق الرملية/الأجسام العاكسة، والمسطحات المائية. وكانت نتائج تصنيف المسطحات المائية والمناطق الحضرية مُرضية نسبيًا. إلا أن بعض الطرق اختلطت بالتربة العارية، كما أن بعض أسطح المنازل ذات انعكاسية عالية أثّرت على نتائج التصنيف. لذا، أدى دمج الأجسام العاكسة مع المناطق الرملية إلى زيادة موثوقية نتائج التصنيف.

يمكنه عرض المناطق الحضرية والأراضي غير المستغلة بصرياً. كما يمكنه حساب مساحة خصائص الأراضي المقابلة عاماً بعد عام، وتحليل تطور المدن وتغيراتها، بالإضافة إلى أنواع استخدامات الأراضي المختلفة.

▲الشكل 2: تقييم دقة مصنف الغابات العشوائية الموجه نحو الكائنات

تحليل نمو الأراضي الزراعية - شركة تشونغكه شيغوانغ للفضاء

في هذه الدراسة، تمّ تفسير وتصنيف 409 عينة من خمس فئات لتغطية الأراضي بصريًا. استُخدم 80% منها للتدريب و20% للتحقق. يوضح الشكل 2 تقييم دقة المصنف، والذي أظهر أداءً جيدًا في تصنيف الأراضي الزراعية والتربة العارية والمسطحات المائية. أما دقة التصنيف للمناطق الحضرية/المنشآت البشرية فكانت ضعيفة نسبيًا، ربما بسبب التوزيع المعقد لتغطية الأراضي والقيود التي تفرضها دقة صور الأقمار الصناعية.

▲الشكل 3. استخلاص جزئي للقمح في منطقة شيانغتشياو الفرعية، مقاطعة لينتونغ

تُظهر الصورة أعلاه نتائج استخراج البيانات لمنطقة محلية. والنتيجة العامة جيدة، مع وجود عدد قليل من عمليات الاستخراج المفقودة أو غير الصحيحة. ومع ذلك، فإن الأراضي الزراعية القريبة من الطرق الرئيسية والمناطق الحضرية تبدو مختلطة نوعًا ما مع الطرق. بعض قطع الأراضي صغيرة جدًا ومختلطة مع الطرق الزراعية وطرق القرى.

▲الشكل 4: استخراج القمح في منطقة لينتونغ الجبلية

يوضح الشكل نتائج استخلاص بيانات حقول القمح في المنطقة الجبلية الجنوبية من مقاطعة لينتونغ باستخدام نموذج التصنيف نفسه. النتائج جيدة، مما يدل على أن تجزئة الصور قادرة على استخلاص معلومات النسيج بكفاءة، كما أنها تحقق نتائج استخلاص جيدة لحقول القمح ذات التضاريس والأشكال المختلفة.

▲الشكل 5: خريطة توزيع مناطق زراعة القمح في شوارع مختلفة من مقاطعة لينتونغ

تُظهر الصورة توزيع مساحة زراعة القمح في شوارع مختلفة من مقاطعة لينتونغ. كلما كان اللون أغمق، زادت مساحة زراعة القمح.

من الواضح أن معظم حقول القمح تتركز في الجزء الشمالي من لينتونغ، حيث تضم منطقة شيانغتشياو الفرعية أكبر مساحة مزروعة تبلغ 66,602 مو. أما المنطقة الجنوبية فهي جبلية، وتُزرع فيها كمية قليلة من القمح.

▲ الجدول 1. إحصاءات مساحة الزراعة في مختلف المناطق الفرعية في مقاطعة لينتونغ

▲ الشكل 6: خريطة توزيع حقول القمح في مختلف المناطق الفرعية في مقاطعة لينتونغ

تُظهر الصورة توزيع مساحات زراعة القمح في شوارع مختلفة من مقاطعة لينتونغ. كلما كان اللون أغمق، زادت مساحات زراعة القمح.

من الواضح أن معظم حقول القمح تتركز في الجزء الشمالي من لينتونغ، حيث يوجد أكبر عدد منها (1950) في منطقة شيانغتشياو الفرعية. أما المنطقة الجنوبية فهي جبلية، وتشهد زراعة القمح فيها على نطاق ضيق.

▲ الجدول 2: جدول إحصائي لمواقع زراعة القمح في كل منطقة فرعية من مقاطعة لينتونغ

▲الشكل 7: توزيع حالات الشذوذ في نمو القمح خلال مرحلة التفرع في مختلف المناطق الفرعية في مقاطعة لينتونغ

استنادًا إلى استخراج قطع الأراضي، يمكن تحليل الاختلافات بين النمو السنوي والنمو في السنوات الأخيرة لكل قطعة أرض ضمن نطاق زمني محدد.

كما هو موضح في الشكل، كلما كان اللون الأحمر أغمق، كان المحصول أسوأ مقارنة بالسنوات الخمس الماضية؛ وكلما كان اللون الأخضر أغمق، كان المحصول أفضل مقارنة بالسنوات الخمس الماضية.

يمكن لتحليل الشذوذ أن يحلل أداء كل قطعة أرض كل عام، ويحدد قطع الأراضي ذات المحاصيل المستقرة والجيدة وتلك التي تعاني من تقلبات كبيرة في المحاصيل وأداء ضعيف، ويساعد المديرين على وضع خطط زراعة واسعة النطاق.