تحديد واستخراج زهور الخشخاش على مستوى البكسل باستخدام صور الاستشعار عن بعد متعددة الأوقات والأطياف

خلفية البحث

منطقة الدراسة

المسار التقني

تستخدم هذه الدراسة صور الأقمار الصناعية Sentinel2-L2A متعددة الأوقات كمصدر بيانات أساسي، حيث تقوم بإنشاء مجموعة خصائص استشعار عن بعد متعددة الأبعاد من أربعة أبعاد: الطيف، ومؤشر الغطاء النباتي، والسلسلة الزمنية الفينولوجية، ونسيج فترة الإزهار. وقد أُنجزت خطوات المعالجة المسبقة، بما في ذلك معادلة العينات، واختيار الخصائص، وتوحيد الخصائص.الغابة العشوائية (RF)، تعزيز التدرج (تعزيز التدرجثلاث طرق للتعلم الآلي: 1) آلة المتجهات الداعمة (SVM)تم بناء نماذج تحديد الخشخاش بشكل منفصل، وجرى تقييم النموذج الأمثل باستخدام التحقق المتبادل. أُنجز تحديد واستخراج الخشخاش على مستوى البكسل في كامل النطاق، بالإضافة إلى تحسين النتائج بعد المعالجة. وأخيرًا، تم إخراج خريطة التصنيف الثنائي للخشخاش، وخريطة توزيع احتمالية التحديد، وبيانات متجه التوزيع المكاني، مما حقق تحديدًا دقيقًا عن بُعد واستخراجًا كميًا مكانيًا لمواقع زراعة الخشخاش.

الشكل 1.خارطة الطريق التقنية لنموذج التعرف عن بعد لزهرة الخشخاش

الغابة العشوائية هي خوارزمية تعلم آلي تعتمد على التعلم الجماعي.من خلال بناء عدد كبير من أشجار القرار "غير المترابطة" ودمج تنبؤاتها، تتحسن دقة النموذج العام وقوته. وهو في الأساس عبارة عن مجموعة من أشجار القرار المتعددة، كل منها...أخذ العينات مع الاستبداليتم تدريبها على مجموعة فرعية من البيانات ومجموعة فرعية من السمات العشوائية. ويمكن استخدامها للتصنيف والانحدار على حد سواء.دقة عالية، مضاد لـالإفراط في التخصيصوتشمل المزايا القدرة على التعامل مع القيم الشاذة والضوضاء، والقدرة على معالجة البيانات واسعة النطاق وعالية الأبعاد.

الشكل 2. الفكرة الأساسية للغابة العشوائية

الشكل 3.صورة تصنيف ثنائي لتحديد هوية نبات الخشخاش عن طريق الاستشعار عن بعد

الشكل 4.خريطة توزيع احتمالية تحديد هوية نبات الخشخاش عن طريق الاستشعار عن بعد

1. دمج الميزات متعددة الأبعادالخصائص الأربع هي: الطيف الشامل، ومؤشر الغطاء النباتي، والسلسلة الزمنية الفينولوجية، والنسيج.

2. الاستخدام المتعمق لنطاق الحافة الحمراء: تم تأكيد تركيبة نطاق الحافة الحمراء الرئيسية (684/706/725 نانومتر) من خلال الأدبيات.

3. النمذجة الفينولوجية متعددة الأوقاتاستخدم معلومات التسلسل الزمني لموسم النمو الكامل لتمييز الخشخاش عن النباتات الأخرى التي قد تسبب الارتباك.

1. عينات تدريبية محدودةلا يُعرف سوى جزء من حقول الخشخاش، وتحتاج قدرة النموذج على التعميم إلى مزيد من التحقق.

2. قيود الدقة المكانيةتتمتع دقة Sentinel-2 البالغة 10 أمتار بقدرة محدودة على تحديد البقع الصغيرة للغاية.

3. خطر الخلط بين الفئاتقد تتسبب أزهار اللفت الأبيض وغيرها من الأزهار المماثلة في سوء التعرف عليها خلال فترة إزهارها.