توصيفگر ها :
طبقهبندي اراضي زراعي , نقشههاي خودسازمانيافته , يادگيري ماشيني , شبكه عصبي مصنوعي
چكيده فارسي :
نقشهبرداري بههنگام و دقيق محصولات كشاورزي يكي از مهمترين مولفهها جهت مديريت و تصميمگيري براي حمايت از امنيت غذايي و توسعه پايدار است. اين مطالعه به طبقهبندي محصولات مختلف زراعي در شهرستان مباركه پرداخته است. به منظور عمليات ميداني و تهيه تصاوير ابتدا تقويم رويشي محصولات مختلف براي منطقه مطالعه جمعآوري شد. براي طبقهبندي و آشكارسازي فنولوژي رشد محصولات سري زماني تصاوير سنتينل 2 از تاريخ 1 مهر 1401 تا 15 مهر 1402 تهيه گرديد و بر اساس باندها و شاخصهاي تاثيرگذار فنولوژي رشد محصولات آشكارسازي شد. در مطالعه حاضر از باند قرمز، باند مادون قرمز نزديك، شاخص نرمالشده تفاوت پوشش گياهي و شاخص سبزي براي طبقه¬بندي محصولات زراعي استفاده شد. همچنين پيش از انجام مدلسازي، از يك روش نوين به نام نقشههاي خودسازمانيافته يا SOM براي ارزيابي و بهبود كيفيت دادههاي سري زماني تصاوير ماهوارهاي استفاده شد. بر اين اساس تعلق نمونه¬هاي تعليمي به هر يك از خوشه¬هاي شناسايي شده مورد ارزيابي قرار گرفته و نمونههاي نويزي و داراي خطا كه در هيچ يك از خوشه¬هاي SOM قرار نمي¬گيرند به عنوان نقاط پرت در نظر گرفته ميشوند. پس از حذف نقاط نويزي طبقهبندي تصاوير به صورت سري زماني و با استفاده از روشهاي جنگل تصادفي، گراديان تقويتشده، ماشين بردار پشتيبان و شبكه عصبي كانولوشنال زماني براي دادههاي قبل از كنترل كيفيت و بعد از كنترل كيفيت انجام شد. نتايج نشان داد صحت كلي و ضريب كاپا در دادههاي بعد از كنترل كيفيت بهبود قابل توجهي يافته است. به¬طور كلي روشهاي جنگل تصادفي و شبكه عصبي كانولوشنال زماني عملكرد پيش¬بيني و مدلسازي بالاتري در مقايسه با روشهاي گراديان تقويتشده و ماشين بردار پشتيبان ارائه كردند. صحت كلي براي روشهاي جنگل تصادفي، گراديان تقويتشده، ماشين بردار پشتيبان و شبكه عصبي كانولوشنال زماني به ترتيب براي دادههاي قبل از كنترل كيفيت 91/0، 87/0، 83/0 و 91/0 ميباشد و براي دادههاي بعد از كنترل كيفيت به ترتيب 96/0، 94/0، 89/0 و 95/0 به دست آمد. مدلهاي جنگل تصادفي و شبكه عصبي كانولوشنال زماني در دادههاي بعد از كنترل كيفيت بهترين عملكرد را از بين مدلهاي مورد مطالعه ارائه ميدهند. لذا از اين دو روش براي بررسي سطح زير كشت اراضي كشاورزي استفاده شد. سطح زير كشت محاسبه شده با آمارهاي جهاد كشاورزي مقايسه شد. با توجه به اينكه آمار بدست آمده از انطباق بالايي برخوردار بود رويكرد استفاده شده در اين پژوهش ميتواند به عنوان يك ابزار كاربردي براي پژوهش و برنامهريزي سيماي سرزمين مورد توجه قرار گيرد.
چكيده انگليسي :
Accurate and timely mapping of agricultural products is a crucial component in management and decision-making for promoting food security and sustainable development. This study investigates the classification of different agricultural products in Mobarakeh City, utilizing a time series of Sentinel 2 images acquired between October 1, 1401 and October 15, 1402. To prepare for the classification, the vegetative calendar of different crops in the study area was gathered. The classification was based on spectral bands and indices of crop growth phenology, providing valuable insights into the growth cycles of different crops in the region. For crop classification, we used a combination of spectral bands, including red, near-infrared, and normalized difference vegetation index (NDVI) and greenness. Additionally, self-organizing maps (SOM) were used to assess and enhance the quality of satellite image time series data prior to modeling. The SOM method was applied to evaluate quality of the sample data and identify outliers and noisy data. After removing the outlying data points, the images were classified using random forest, gradient boosting, support vector machine, and temporal convolutional neural network methods, both before and after quality control measures were implemented. The results indicated that after quality control, the overall accuracy and Kappa coefficient of the analyses were considerably improved. Random forest and temporal convolutional neural network methods demonstrated superior prediction and modeling performance compared to gradient boosting and support vector machine methods. The overall accuracy of the four methods increased from 0.91, 0.87, 0.83, and 0.91 before quality control to 0.96, 0.94, 0.89, and 0.95 after quality control, respectively. Overall, Random forest and temporal convolutional neural network models provide the best performance among the studied models. Therefore, these two methods were used to check the cultivated area of agricultural lands. The calculated cultivated area was compared with the official agricultural statistics. Considering that the obtained statistics had a high agreement, the approach used in this research can be considered as a practical tool for future landscape planning investigations.