Информационная технология раннего распознавания видов сельскохозяйственных культур по космическим снимкам
Автор: Воробьева Наталья Сергеевна, Сергеев Владислав Викторович, Чернов Андрей Владимирович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Обработка изображений: Распознавание образов
Статья в выпуске: 6 т.40, 2016 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена разработке информационной технологии раннего распознавания видов сельскохозяйственных культур по набору космических снимков на территориях масштаба региона. Раннее распознавание проводится в первой половине посевного сезона и характеризуется нехваткой наземных и космических данных для настройки алгоритмов распознавания. Предлагаемая в статье технология позволяет генерировать обучающую выборку по данным прошлых лет и использовать её для распознавания культур текущего года. Технология состоит их двух этапов. На первом этапе по данным за прошедшие годы формируются модели временных рядов, сельскохозяйственных культур и агросезонов. На втором этапе производится работа с данными текущего года. Сначала по немногочисленному набору опорных полей с известным видом культуры выбирается подходящая модель агросезона, близкая к развитию культур в текущем году, а затем по характеристикам модели агросезона генерируется обучающая выборка и выполняется распознавание культур текущего сезона. В статье оценивается качество распознавания с использованием предлагаемой информационной технологии и возможность её применения на территории региона. Для экспериментальных исследований используются данные за 2011 - 2015 годы, полученные на территории Самарской области.
Распознавание сельскохозяйственных культур, космические снимки, вегетационные индексы, временные ряды, алгоритм вычисления оценок, модель временного ряда
Короткий адрес: https://sciup.org/14059522
IDR: 14059522 | DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-929-938
Information technology of early crop identification by using satellite images
The paper deals with the development of information technology for early crop identification in the region of interest by using satellite images. With the early identification being performed in the first half of the growing season, it is characterized by the lack of ground-based and space-based data to configure recognition algorithms. The proposed technology allows one to generate a training dataset by using information from the past years and then use it for crop recognition for the current year. The technology consists of two stages. At the first stage, models of time series, crops and agro-seasons are built using data from the past years. At the second stage, data of the current year are processed. First, a suitable model of agro-season, which is close to the development of crops in the current year, is selected by using a tiny set of control fields with known crops. Next, a training dataset is generated based on the characteristics of the agro-season model and the recognition of crops in the current season is performed. The paper assesses the quality of recognition offered by the proposed information technology and the possibility of its application in a particular region. Data collected for the years 2011 -2015 in the Samara Region are used for the experimental research.
Список литературы Информационная технология раннего распознавания видов сельскохозяйственных культур по космическим снимкам
- Книжников, Ю.Ф. Аэрокосмические методы географических исследований/Ю.Ф. Книжников, В.И. Кравцова, О.В. Тутубалина. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Академия, 2011. -416 с. -ISBN: 978-5-7695-6830-5.
- Барталёв, С.А. Распознавание пахотных земель на основе многолетних спутниковых данных спектрорадиометра MODIS и локально адаптивной классификации/С.А. Барталёв, В.А. Егоров, Е.А. Лупян, Д.Е. Плотников, И.А. Уваров//Компьютерная оптика. -2011. -Т. 35, №1. -С. 103-116.
- Спивак, Л.Ф. Космический мониторинг сельскохозяйственного производства в Казахстане/Л.Ф. Спивак, Н.Р. Муратова//Земля из космоса. Наиболее эффективные решения. -2011. -Вып. 9. -С. 57-65.
- Султангазин, У.М. Использование космического мониторинга в планировании и прогнозировании параметров зернового производства/У.М. Султангазин, Н.Р. Муратова, А.Г. Терехов//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. -2004. -Т. 1, № 1. -С. 291-297.
- Schmedtmann, J. Reliable crop identification with satellite imagery in the context of common agriculture policy subsidy control/J. Schmedtmann, M.L. Campagnolo//Remote Sensing of Environment. -2015. -Vol. 7(7). -P. 9325-9346. - DOI: 10.3390/rs70709325
- Плотников, Д.Е. Признаки распознавания пахотных земель на основе многолетних рядов данных спутникового спектрорадиометра MODIS/Д.Е. Плотников, С.А. Барталев, Е.А. Лупян//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. -2010. -Т. 7, №. 1. -С. 330-341.
- Плотников, Д.Е. Экспериментальная оценка распознаваемости агрокультур по данным сезонных спутниковых измерений спектральной яркости/Д.Е. Плотников, С.А. Барталев, В.О Жарко, В.В. Михайлов, О.И. Просянникова//Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. -2011. -Т. 8, № 1. -C. 199-208.
- Wardlow, B.D. Analysis of time-series MODIS 250 m vegetation index data for crop classification in the U.S. Central Great Plains/B.D. Wardlow, S.L. Egbert, J.H. Kastens//Remote Sensing of Environment. -2007. -Vol. 108. -P. 290-310. - DOI: 10.1016/j.rse.2006.11.021
- Wardlow, B.D. Large-area crop mapping using time-series MODIS 250 m NDVI data: An assessment for the U.S. Central Great Plains/B.D. Wardlow, S.L. Egbert//Remote sensing of environment. -2008. -Vol. 112(3). -P. 1096-1116. - DOI: 10.1016/j.rse.2007.07.019
- Wei, W. Selecting the optimal NDVI time-series reconstruction technique for crop phenology detection/W. Wei, W. Wu, Zh. Li, P. Yang, Q. Zhou//Intelligent Automation & Soft Computing. Special Section: Intelligent Automation with Applications to Agriculture. -2016. -Vol. 22(2). -P. 237-247. - DOI: 10.1080/10798587.2015.1095482
- Терехин, Э.А. Информативность спектральных вегетационных индексов для дешифрирования сельскохозяйственной растительности/Э.А. Терехин//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. -2012. -Т. 9, № 4. -С. 243-248.
- Castillejo-González, I.L. Object-and pixel-based analysis for mapping crops and their agro-environmental associated measures using QuickBird/I.L. Castillejo-González, F. López-Granados, A. García-Ferrer//Computers and Electronics in Agriculture. -2009. -Vol. 68(2). -P. 207-215. - DOI: 10.1016/j.compag.2009.06.004
- Fischer, A. A model for the seasonal variations of vegetation indices in coarse resolution data and its inversion to extract crop parameters/A. Fischer//Remote Sensing of Environment. -1994. -Vol. 48(2). -P. 220-230. - DOI: 10.1016/0034-4257(94)90143-0
- Zhong, L. A phenology-based approach to map crop types in the San Joaquin Valley, California/L. Zhong, T. Hawkins//International Journal of Remote Sensing. -2011. -Vol. 32(22). -P. 7777-7804. - DOI: 10.1080/01431161.2010.527397
- Ozdogan, M., The spatial distribution of crop types from MODIS data: Temporal unmixing using Independent Component Analysis/M. Ozdogan//Remote Sensing of Environment. -2010. -Vol. 114(6). -P. 1190-1204. - DOI: 10.1016/j.rse.2010.01.006
- Brown, JC. Classifying multiyear agricultural land use data from Mato Grosso using time-series MODIS vegetation index data/J.C. Brown, J.H. Kastens, A.C. Coutinho, D. de Castro Victoria, Ch.R. Bishop//Remote Sensing of Environment. -2013. -Vol. 130. -P. 39-50. - DOI: 10.1016/j.rse.2012.11.009
- Justice, C.O. An overview of MODIS Land data processing and product status/C.O. Justice, J.R.G. Townshend, E.F. Vermote//Remote Sensing of Environment. -2002. -Vol. 83(1). -P. 3-15. - DOI: 10.1016/S0034-4257(02)00084-6
- Vorobiova, N.S. How to Use Geoinformation Technologies and Space Monitoring for Controlling the Agricultural Sector in Samara Region/N.S Vorobiova, A.Yu. Denisova, A.V. Kuznetsov, A.M. Belov, A.V. Chernov, V.V. Myasnikov//Pattern Recognition and Image Analysis. -2015. -Vol. 25(2). -P. 347-353. - DOI: 10.1134/S1054661815020261
- Журавлев, Ю.И. Алгоритмы вычисления оценок и их применение/Ю.И. Журавлев, М.М. Камилов, Ш.Е. Туляганов. -Ташкент: Фан, 1974. -119 с.
- Васин, А.В. Формирование высокопродуктивных поливидовых агрофитоценозов кормовых культур в Среднем Поволжье: дис.. д-ра с.-х. наук: 06.01.09./Алексей Васильевич Васин; Самарская гос. с.-х. акад. -Кинель, 2006. -513 с.
