Nhận dạng loài thực vật dựa trên chỉ số anthocyanin dải hẹp
Giới thiệu bối cảnh
Bằng cách sử dụng chỉ số sắc tố quang hợp trong dải hẹp của ảnh siêu phổ, các loài thực vật có thể được phân biệt chính xác. Nghiên cứu trường hợp này sử dụng dữ liệu siêu phổ từ vệ tinh Xiguang-1 05 (còn được gọi là Tianxianpei) và dữ liệu Sentinel-2 để tính toán chỉ số anthocyanin ARI1 và trích xuất diện tích đất rừng trong các khu vực đất nông nghiệp. Nhờ độ phân giải quang phổ 9 nm và thiết kế dải hẹp của vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei), sự khác biệt về độ phản xạ tại các vị trí chính xác 550 nm và 700 nm được khuếch đại đáng kể, giúp dễ dàng nhận thấy các đặc điểm của đất rừng. So với kết quả của Sentinel-2, kết quả thu được ít lỗi dương tính giả hơn và ít nhiễu hơn. Hơn nữa, chỉ cần một ảnh duy nhất là đủ, loại bỏ nhu cầu về dữ liệu chuỗi thời gian, do đó cung cấp bằng chứng quang phổ nhanh chóng và đáng tin cậy để giám sát việc "phi nông nghiệp hóa" đất nông nghiệp.
Phương pháp và nguyên tắc

Bảng 1. So sánh các thông số dải tần
Chỉ số sắc tố lá (ARI1) được sử dụng để đo các sắc tố liên quan đến stress trong thảm thực vật. ARI1 rất nhạy cảm với anthocyanin trong lá; giá trị ARI1 càng cao cho thấy tán lá càng phát triển hoặc chết. Công thức tính toán như sau:

Giá trị này nằm trong khoảng từ 0 đến 0,2+, trong khi phạm vi giá trị đối với các khu vực thảm thực vật xanh nói chung là từ 0,001 đến 0,1.
Là một chỉ số thực vật dải hẹp, bước sóng trung tâm càng gần với bước sóng cần thiết trong công thức và độ rộng toàn phần ở nửa chiều cao (FWHM) càng nhỏ thì kết quả tính toán chỉ số càng phản ánh chính xác nồng độ anthocyanin thực tế.
Chúng tôi đã so sánh dữ liệu từ vệ tinh Sentinel-2 và vệ tinh Xiguang-1 05 (vệ tinh "Thiên Tiên Bắc"). Dữ liệu Sentinel-2 được thu thập từ ngày 1 đến ngày 10 tháng 4 năm 2025 và là kết quả tổng hợp trung bình. Dữ liệu vệ tinh Xiguang-1 05 (vệ tinh "Thiên Tiên Bắc") được thu thập vào ngày 6 tháng 4 năm 2025.
Sử dụng dữ liệu từ vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc) và Sentinel-2, hai dải tần gần nhất với 550nm và 700nm đã được chọn, và chỉ số ARI1 được tính toán. Đối với kết quả chỉ số, phương pháp phân đoạn ngưỡng đơn giản đã được sử dụng để lọc ra các khu vực rừng trong đất nông nghiệp, và kết quả từ vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc) và Sentinel-2 đã được so sánh và đánh giá.

Bảng 2. So sánh các dải sóng được sử dụng trong tính toán chỉ số
Hiển thị kết quả
Khu vực 1

Hình 1. Chỉ số ARI1 của vệ tinh Sentinel-2, Vùng 1

Hình 2. Kết quả phân tách đất nông nghiệp và rừng từ ảnh vệ tinh Sentinel-2, Vùng 1.

Hình 3. Chỉ số ARI1 của vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc), khu vực 1

Hình 4. Kết quả trích xuất đất nông nghiệp và đất rừng từ vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc), Khu vực 1.
Khu vực 2

Hình 5. Kết quả phân tách đất nông nghiệp và rừng từ ảnh vệ tinh Sentinel-2, Vùng 2.

Hình 6. Kết quả trích xuất đất nông nghiệp và rừng từ vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc), Khu vực 2.
Khu vực 3

Hình 7. Kết quả trích xuất đất nông nghiệp và rừng từ ảnh vệ tinh Sentinel-2, Vùng 3.

Hình 8. Kết quả trích xuất đất nông nghiệp và rừng từ vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc), Khu vực 3.
Kết quả so sánh cho thấy, so với chỉ số NDVI thông thường, chỉ số ARI1 có thể phản ánh sự khác biệt giữa các loại cây trồng và hỗ trợ các kịch bản ứng dụng như phân tích tình trạng căng thẳng của cây trồng và khai hoang đất rừng bất hợp pháp trên đất nông nghiệp.
Do Sentinel-2 có số lượng dải tần hạn chế, nên các dải tần này không hoàn toàn trùng khớp với bước sóng cần thiết trong công thức. Hơn nữa, băng thông rộng của Sentinel-2 khiến việc thu được giá trị phản xạ chính xác ở một bước sóng cụ thể là không thể. Do đó, phạm vi giá trị để tính toán chỉ số ARI của Sentinel-2 ngắn hơn so với vệ tinh Xiguang-1 05 (còn được gọi là vệ tinh Tianxianpei), cho thấy khả năng phân biệt cây trồng dựa trên chỉ số ARI1 thấp hơn so với vệ tinh Xiguang-1 05 (còn được gọi là vệ tinh Tianxianpei).
Dựa trên kết quả trích xuất đất nông nghiệp và rừng cây, sử dụng cùng phương pháp phân đoạn ngưỡng đơn giản, kết quả trích xuất của Sentinel-2 có nhiễu hạt cao và có nhiều kết quả dương tính giả ở khu vực phía tây của ảnh này. Ngược lại, kết quả từ vệ tinh Xiguang-1 05 (còn được gọi là Tianxianpei) tốt hơn.
So với dữ liệu đa phổ băng rộng, dữ liệu siêu phổ có ưu thế rõ rệt trong việc tính toán các chỉ số thực vật băng hẹp.

