نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

کاربست تصاویر ماهواره ای بهبود یافته با یادگیری عمیق جهت مقایسه دو روش برآورد تبخیر-تعرق واقعی برنج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش اموخته گروه مهندسی آبیاری و آبادانی د انشگاه تهران
2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
3 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران-کرج ایران
چکیده
مدیریت کارآمد منابع آب در اراضی شالیزاری، نیازمند دستیابی به برآوردی دقیق از تبخیر-تعرق واقعی (ETa) در مقیاس مزارع خرد است. در این پژوهش، دو رهیافت برای تخمین ETa برنج در مزارع رشت با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای (سنتینل-۲، لندست ۷ و ۸) ارزیابی شد. ۱) برآورد تبخیر-تعرق با استفاده از مقادیر شاخص سطح برگ (LAI) ، ۲) برآورد ETa از طریق ضریب گیاهی (Kc) مبتنی برLAI. جهت رفع محدودیت تفکیک مکانی تصاویر سنتینل-۲، از مدل یادگیری عمیق S2DR3 برای افزایش وضوح مکانی از ۱۰ به ۱ متر استفاده شد. این مدل توانست شاخص‌های NDVI و SAVI را به‌ترتیب با R² برابر 0/9979 و 0/9864 و NRMSE معادل 2/8 و 9/1 درصد بازسازی کند. ارزیابی‌ها نشان داد در تخمین LAI ، شاخص NDVI باR²=0/81 ، RMSE=0/51 و MAE=0/38 عملکرد بهتری نسبت به شاخص SAVI با RMSE=0/61 و MAE=0/45 دارد. نهایتاً، با مقایسه خروجی‌ها و داده‌های اندازه‌گیری‌شده توسط لایسیمتر، مشخص گردید رهیافت مبتنی بر محاسبه Kc ازطریق NDVI با میانگین R²=0/85 ، تطابق بیشتری با واقعیت مزرعه دارد. خطای روش مذکور، شامل RMSE بین 0/4 تا 0/58 میلی‌متر در روز، MAE معادل 0/36 تا 0/52 میلی‌متر در روز و NRMSE بین ۷ تا ۱۱ درصد محاسبه گردید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Application of Improved Satellite Imagery for Comparison of Two Methods for Estimating Actual Evapotranspiration of Rice

نویسندگان English

Hamidreza Noorbakhsh 1
NOZAR GHAHREMAN 2
Afshin Ashrafzadeh 3
1 MSc Graduate, University of Tehran
2 Dept of Irrigation and Reclamation Engineering,University of Tehran
3 Dept of Irrigation and Reclamation Engineering,. University of Tehran. Karaj, Iran
چکیده English

Abstract

Efficient water resource management in paddy fields requires accurate estimation of actual evapotranspiration (ETa) at the small-scale farm level. In this study, two approaches were evaluated for estimating rice ETa in the paddy fields of Rasht using satellite images (Sentinel-2, Landsat 7 and 8): 1) ETa estimation using Leaf Area Index (LAI) values, and 2) ETa estimation through the crop coefficient (Kc) derived from LAI. To overcome the spatial resolution limitations of Sentinel-2 imagery, the S2DR3 deep learning model was utilized to enhance the spatial resolution from 10 m to 1 m. This model successfully reconstructed the NDVI and SAVI indices with coefficients of determination (R²) of 0.9979 and 0.9864, and normalized root mean square errors (NRMSE) of 2.8% and 9.1%, respectively. Evaluations indicated that in estimating LAI, the NDVI outperformed the SAVI, achieving an R² of 0.81, RMSE of 0.51, and MAE of 0.38, compared to RMSE and MAE values of 0.61 and 0.45 for SAVI. Finally, comparing the model outputs with lysimeter-measured data revealed that the Kc-based approach using NDVI exhibited higher agreement with field observations, achieving an average R² of 0.85. The error for this approach included an RMSE ranging from 0.40 to 0.58 mm/day, a MAE between 0.36 and 0.52 mm/day, and an NRMSE of 7% to 11%.

کلیدواژه‌ها English

Sentinel-2
super-resolution
mixed pixels
vegetation indices
lysimeter

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 شهریور 1405