Φασματικές εμφανίσεις της ελιάς σε Τηλεπισκοπικά δεδομένα διαφορετικής χωρικής και φασματικής ανάλυσης

Γούλας, Αλέξανδρος; Goulas, Alexandros

dc.contributor.author	Γούλας, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Goulas, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2018-02-12T10:42:25Z
dc.date.available	2018-02-12T10:42:25Z
dc.date.issued	2018-02-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46452
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14912
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Φασματικές υπογραφές	el
dc.subject	Ελιά	el
dc.subject	Επεξεργασία φάσματος	el
dc.subject	Τηλεπισκοπικοί δέκτες	el
dc.subject	Μετρήσεις πεδίου	el
dc.subject	Olea Europea	el
dc.subject	Spectral signatures	el
dc.subject	GER 1500	el
dc.subject	CASI-550	el
dc.subject	Sentinel MSI-2	el
dc.title	Φασματικές εμφανίσεις της ελιάς σε Τηλεπισκοπικά δεδομένα διαφορετικής χωρικής και φασματικής ανάλυσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τηλεπισκόπηση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-17
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια επικρατεί μία τάση αξιοποίησης των Τηλεπισκοπικών δεδομένων στη γεωργία ακριβείας, προκειμένου να παρακολουθούνται οι χρονικές μεταβολές των καλλιεργειών, η περιεκτικότητά τους σε διάφορα συστατικά και άλλα χαρακτηριστικά. Για αυτό το λόγο, καθίσταται πλέον επιτακτικότερη η ύπαρξη πληρέστερων και αξιόπιστων φασματικών δεδομένων, τα οποία θα δύνανται να αξιοποιηθούν σε ανάλογες μελλοντικές εφαρμογές. Σε αυτά τα πλαίσια, η εν λόγω διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της ανακλαστικότητας του ελαιόδενδρου (Olea Europea), όπως αυτή καταγράφεται από δέκτες διαφορετικής χωρικής και φασματικής ανάλυσης. Αφού μελετήθηκαν σχετικές έρευνες στη διεθνή βιβλιογραφία, σχεδιάστηκε η μεθοδολογία των μετρήσεων πεδίου με τέτοιον τρόπο ώστε να περιοριστούν ή να ομογενοποιηθούν παράμετροι που τις διαμορφώνουν, όπως η φασματική επιρροή των γειτονικών στόχων, η ακρίβεια και η ορθότητα στόχευσης. Οι επίγειες μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση φασματοραδιόμετρου GER 1500 και αποσκοπούσαν στην καταγραφή της ανακλαστικότητας δύο όψεων φύλλων ελιάς, φωτισμένα και υπό σκιά, τόσο κομμένα σε σωρούς, όσο και μεμονωμένα πάνω στο δέντρο, καθώς και του κορμού, του χώματος και των χόρτων. Έλαβαν χώρα σε τρεις διαφορετικές περιοχές μελέτης: Την Κορώνη Μεσσηνίας το Νοέμβριο του 2015, την Κρόνια Χαλκίδας το Φεβρουάριο και τον Ιούνιο του 2006, ενώ οι κύριες μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στο Βοτανικό Κήπο Διομήδους στο Χαϊδάρι μεταξύ Νοεμβρίου 2015 και Ιουνίου 2016. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από την Κρόνια το Φεβρουάριο ήρθαν σε αντιστοιχία με μία εναέρια λήψη του υπερφασματικού δέκτη CASI-550 από το Φεβρουάριο του 2006, την οποία παραχώρησε το εργαστήριο Τηλεπισκόπησης. Πέραν αυτών χρησιμοποιήθηκαν δύο εικόνες του πολυφασματικού δορυφορικού δέκτη Sentinel MSI, χρονολογίας Δεκεμβρίου 2015 και Φεβρουαρίου 2016 από τη Μεσσηνία και τη Χαλκίδα αντίστοιχα. Οι μέσοι όροι των επίγειων δεδομένων ανακλαστικότητας, καθώς και τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τις εικόνες μετά την ατμοσφαιρική διόρθωση, εξομαλύνθηκαν με χρήση του φίλτρου Savitzky-Golay προς απαλοιφή του θορύβου που παρατηρήθηκε. Ακολούθως, διερευνήθηκαν οι δυνατότητες των δεδομένων πεδίου ως προς τη διάκριση μεταξύ πέντε διαφορετικών ειδών ελιάς (Μεγάρων, Καλαμών, Αμφίσσης, Θιακή, Αγριελιά), αλλά και των εποχιακών μεταβολών της αγριελιάς μεταξύ των μηνών Νοεμβρίου, Δεκεμβρίου, Φεβρουαρίου και Ιουνίου. Η διερεύνηση έγινε μέσω οπτικής σύγκρισης των φασματικών υπογραφών, αλλά και με χρήση φασματικών και στατιστικών μεθόδων, όπως η γωνιακή απόσταση φάσματος (SAD), η αφαίρεση του συνεχούς, ο συντελεστής στατιστικής συσχέτισης R2, και ο μη παραμετρικός έλεγχος υποθέσεων Wilcoxon. Με τις διακυμάνσεις μεταξύ των φασματικών υπογραφών λόγω διαφορετικών συνθηκών μέτρησης να είναι ιδιαίτερα έντονες και παραπλανητικές, η προσπάθεια διαχωρισμού μεταξύ των διαφορετικών ποικιλιών ελιάς δεν έδωσε σαφή αποτελέσματα. Αντιθέτως, διακρίθηκαν προοπτικές στον εντοπισμό των εποχιακών μεταβολών, καθώς και στον διαχωρισμό μεταξύ ελιάς και σκίνου. Επιπροσθέτως, διερευνήθηκαν οι διαφορές των φασματικών υπογραφών ελιάς που προέκυψαν από τους τρεις διαφορετικούς δέκτες. Στις εναέριες και δορυφορικές εικόνες, διαπιστώθηκε η συμμετοχή παραγόντων του περιβάλλοντος των ελαιόδενδρων, οι οποίοι αλλοιώνουν τις παραγόμενες φασματικές υπογραφές και τις διαφοροποιούν από τις αντίστοιχες των φύλλων ελιάς, όπως αυτές καταγράφονται στο πεδίο. Εκτιμώντας ότι στις εικόνες CASI και Sentinel η ελιά εμφανίζεται ως μικτό εικονοστοιχείο, αποτελούμενο από τις παραμέτρους του περιβάλλοντός της που στοχεύθηκαν στο πεδίο (δύο όψεις φύλλων, κορμός/κλαδιά, χόρτα, χώμα), εκτιμήθηκαν τα ποσοστά αφθονίας των καθαρών στόχων, με χρήση γραμμικού φασματικού διαχωρισμού, καθώς και μίας μεθόδου βασισμένης στη SAD, η οποία αναπτύχθηκε στην παρούσα μελέτη. Το γραμμικό μοντέλο ανάμιξης παρουσίασε εύλογα αποτελέσματα, ιδίως με τη δεύτερη μέθοδο και για την εικόνα CASI, λόγω υψηλότερης χωρικής ανάλυσης (2,5m), ενδεικτικά της δυνατότητας αξιοποίησής του σε ανάλογες εφαρμογές. Τέλος, εφαρμόστηκε με επιτυχία μοντέλο παλινδρόμησης μεταξύ των εικονοστοιχείων και των επιμέρους παραμέτρων, το οποίο απέδειξε τη μεταξύ τους συσχέτιση.	el
heal.abstract	Lately, there has been a tendency to use Remote Sensing data in precision agriculture to monitor seasonal crop changes, their content in various ingredients and other features. As a result, the existence of more complete and reliable spectral data, which could be used in future applications, becomes imperative. In this context, the current diploma thesis deals with the study of olive tree reflectance (Olea Europea), as recorded by different spatial and spectral analysis sensors. Following the review of relevant international publications, the methodology of field measurements was designed so as to limit or homogenize affecting factors, such as the spectral influence of neighboring targets and the precision and accuracy of targeting. Field measurements were performed using a GER 1500 spectrometer, aiming to record the reflection of two sides of olive leaves, both illuminated and shaded, heaped and isolated on the tree, as well as trunk, soil and grass. The measurements were performed in three study areas: Messinia in November 2015, Chalkis in February and June of 2016, whereas the main measurements were carried out at the Diomedes Botanical Garden in Chaidari, Athens between November 2015 and June 2016. The data from Chalkis in February where collected in correspondence with an aerial reception of the hyperspectral CASI-550 sensor from the same area in February 2006, the latter the Remote Sensing Laboratory of the School of Rural and Surveying Engineering. In addition, two images of the multi-spectral satellite sensor Sentinel MSI were used, dating from December 2015 and February 2016, from Messinia and Chalkis, respectively. The average values of ground reflectivity data, as well as the data collected from the images after the atmospheric correction were smoothed out using the Savitzky-Golay filter, for the removal of the signal noise. Subsequently, the field data were studied in order to examine the possibility of distinction between the five different olive species (Oleaster, Ceraticarpa, Argentanta, Mastoides, Rotunda, Thiaki), as well as between the seasonal changes of the Oleaster variety between November, December, February and June. Their spectral signatures were compared visually, but there were also used spectral and statistical methods, such as the SAD, the continuum removal, the R-squared statistic and the non-parametric statistical hypothesis test Wilcoxon. Due to the different measurement conditions and the resultant, particularly intense and misleading fluctuations between the spectral signatures, the attempt for inter-species distinction of the olive types did not give positive results. On the other hand, the detection of seasonal changes gave more promising results, as well as the discrimination between olive and mastic tree. Additionally, the differences between the spectral olive signatures derived from the three different receivers were investigated. In the aerial and satellite images there was noted an influence of neighboring to olive trees factors, altering the produced spectral signatures and differentiating them from the respective field measurement signatures. Considering that in CASI and Sentinel images the olive tree is presented as a mixed pixel, consisting of the field-targeted parameters (both leaf sides, trunk / branches, grasses, soil), the abundance percentages of pure targets were estimated using linear spectral unmixing, as well as an SAD-based method, which has been developed for this study. The linear mixing model presented reasonable results, allowing for possibilities of using it in similar applications. The best results were derived from the SAD-based method and for the CASI image, due to its higher spatial resolution (2.5m). Finally, a regression model was applied between the image pixels and the individual pure targets, which demonstrated the correlation between them.	en
heal.advisorName	Καραθανάση, Βασιλεία	el
heal.committeeMemberName	Αργιαλάς, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Καράντζαλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Τοπογραφίας. Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	97 σ.
heal.fullTextAvailability	true