A viticultura e a detecção remota



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Objectivos:

       O artigo utiliza leituras de Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) por
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Figura 3 - Os quatros níveis de LAv (m2) em To Kalon.   Figura 4 - Os quatro níveis de LAv (m2) em Huchica.



 Validação
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Aplicação da detecção remota para mapeamento da área foliar de uma vinha. Case Study na California (Napa Valley)

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Case Study: Viticultura e a detecção remota

  1. 1. A viticultura e a detecção remota Case Study: “Mapping Vineyard Leaf Area With Multispectral Satellite Imagery” Jonhson et al. (2003) http://www.ikonos.be/ Pedro Tereso
  2. 2. Objectivos: O artigo utiliza leituras de Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) por detecção remota com os seguintes objectivos: - Explorar o uso complementar da uma resolução espacial elevada, de imagens multiespectrais de satélite e de medições no terreno para mapear a área foliar em vinhas de Napa Valley, na Califórnia. - Fornecer indicação quantitativa do valor das imagens por satélite IKONOS, para extracção de informação biofísica da canópia das plantas. Material e Métodos: As áreas de estudo foram em vinhas (To Kalon e Huchica Hills) pertencentes à empresa Robert Mondavi (Oakville, Califórnia). To Kalon (Figura 1), localizada em 38º25’N e 122º25’W, com 500 ha, dividida por talhões, produz principalmente uva tinta em solos areno-argilo-limosos. Os diversos talhões podem apresentar diferentes castas, densidades, datas de plantação e sistemas de condução. Perto da Baía de San Francisco, com Figura 1 – Mapa da vinha To Kalon. (fonte: Google Earth) influência marítima mais acentuada e nas coordenadas 38º14’N e 122º22’W está Huchica Hills (Sudeste de To Kalon), que produz uva branca e tinta, em declive e solos argilosos Para as condições ambientais da região, o índice de área foliar (LAI) é máximo a partir de Julho e persiste ao longo da vindima até finais de Setembro. Figura 2 – Mapa da vinha Huchica. (fonte: Google Earth)
  3. 3. Para as duas vinhas, foram definidos diversos pontos de calibração com o objectivo de relacionar o LAI e o NDVI, foram realizadas medições directas na planta em 16 locais, indirectamente em 6, 2 em solo nú (sem vinha), para um total de 24 locais com diferentes sistemas de condução, densidades, castas e idades. Todos os locais de calibração não apresentavam massa verde na cobertura de solo. A metodologia usada na calibração está descrita no artigo estudado, mas foram utilizadas as seguintes formulas para cálculo de LAIvideira. Calibração Directa: Área Foliar Videira (LAIvideira) = LAv / área da videira Calibração Indirecta: Área Foliar Videira (LAIvideira) = LAvara x (número de varas videira) Em que LAv e LAvara são obtidos por procedimentos do próprio ensaio. Em cada vinha foram seleccionados locais em solo nú, com uma área superior à resolução espacial do satélite para assegurar a extracção de pixéis puros, sem influência de qualquer tipo de vegetação. Nesta zona foram recolhidas amostras de solo para medir a reflectância com um espectofotómetro de laboratório. O satélite O satélite Ikonos foi lançado ao espaço em Setembro de 1999, sendo dos primeiros de uso comercial na detecção remota, apresenta uma velocidade em orbita de 7.5 Km/seg o que perfaz 6.8 Km/seg de velocidade à superfície da Terra podendo recolher imagens, tanto a preto e branco como multiespectrais (azul, verde, vermelho e infravermelho perto), com 2.000 Km2/seg. Apresenta como resolução espacial os 4m a preto e branco e o metro em imagem multiespectral e resolução temporal de 3 dias. As imagens e seu processamento Foram adquiridas duas imagens a 21 de Agosto de 2000 para Huchica Hills e 4 de Outubro para To Kalon com céu limpo e solo seco às 11h55m. Os valores de radiância foram depois convertidos para valores NDVI tendo como unidade o pixel, foram localizados e convertidos relacionando o NDVI com o LAI. Permitindo posterior mapeamento do LAv como produto do LAI e da área de videira LAv = LAI x área da videira, como mostram as figuras 3 e 4.
  4. 4. Figura 3 - Os quatros níveis de LAv (m2) em To Kalon. Figura 4 - Os quatro níveis de LAv (m2) em Huchica. Validação Todas as plantas de calibração foram podadas (17 de Novembro 2000) e registado peso de lenha de poda. A equação de calibração Área Foliar da Videira (LAv) = 1,4*Peso de Lenha de Poda + 0,39, foi utilizada para converter o peso médio da lenha de poda a LAv médio por local, sendo depois comparado com imagens de LAv, baseadas na extracção de um único pixel por local. Resultados As medições do Índice de Área Foliar nas videiras de calibração estiveram entre os 0,4 e os 2,8, sendo valor típico para a região e com significante relação de calibração linear NDVI/LAI. Em que LAI = 5,7*NDVI - 0,25 r2 =0,73 n=24 p<0.001 (Figura 5), outros autores referem relação até perto de 3,4 de LAI, podendo saturar para LAI superiores em vinhas com poda mínima. Figura 5- Relação de imagem NDVI com LAI no campo (Calibração directa e indirecta). A área foliar da videira tanto na imagem como em medições no campo estão também significativamente correlacionadas, r2 = 0,72 p<0,001 nos diversos locais de validação, indicando resolução suficiente para detectar variabilidade na canópia, no entanto o declive da recta de regressão é significativamente diferente de 1 (0,67), Imagem = 0,67*Campo + 0,68. Este declive significativamente diferente de 1 era
  5. 5. esperado devido à presença de erros entre o desvio padrão na calibração e no peso de lenha de poda. De referir que as maiores diferenças entre área foliar da videira em imagem e no campo foram obtidas por sistemas de condução livre (todas as plantas) entre 1,1 m2 e (todas 3,5 m2. Contudo duas perguntas ficam por esclarecer, não podem as diferenças temporais (6 semanas) e espaciais (22 Km) entre a recolha das duas imagens influenciar os resultados pelas diferenças nas condições atmosféricas? e o estudo foi realizado com diversos sistemas de condução e em vinhas com LAI relativamente baixo (<3) como (<3), será em vinhas com poda mínima? Conclusão A detecção remota por satélite, quando calibrada com medições na planta, pode servir como ferramenta de suporte ao processo de decisão, fornecendo informação , mapeada e quantitativa do índice de área foliar (LAI). Da análise do artigo, podemos fazer uma análise tipo ”SWOT” à detecção remota com satélite IKONOS como mostra a figura 6. Relação NDVI/LAI Necessita de calibrações Elevada amostragem Custo elevado para aquisição de imagens Simples implantação Elevada dependência do clima Suporta a decisão Sensivel ao brilho do solo Resolução espacial suficiente Mapear área foliar de vinha Elevada variabilidade da canópia Monitorização da variabilidade Coberto vegetal do solo Mapear potencial das plantas Saturação do NDVI Figura 6- Análise SWOT à utilização do satélite IKONOS na detecção remota utilizando o NDVI. São conhecidos os benefícios da correcta gestão da canópia na melhoria da qualidade do vinho é certo que a detecção remota por satélite pode ajudar como ficou
  6. 6. provado pela suficiente resolução espacial do satélite na identificação da variabilidade da canópia para vinhas com LAI inferior a 3, o que normalmente acontece nas nossas condições. Para além de monitorizar a variabilidade e a área foliar da vinha pode também oferecer a oportunidade (em combinação com mapas de produção) de mapear o seu potencial sendo uma informação bastante importante para optimizar a relação qualidade/produção. Contudo existem algumas limitações, apresenta um custo elevado (400 €/foto) não é expedito (necessita de calibrações), está bastante dependente não só das condições climatéricas como do brilho da superfície do solo a quando da aquisição da imagem. Sabendo-se que o NDVI é um índice de vegetação e apresentando os diversos sistemas de condução de vinha não só uma reduzida taxa de cobertura do solo, elevada descontinuidade da canópia como também as diferentes práticas de manutenção de solo, apresentam-se, estas, como os grandes desafios para a detecção remota por satélite pois podem influenciar a “pureza da cor” (saturação) do NDVI. Apesar da dependência destes factores existem relações lineares fortes entre NDVI e o desenvolvimento foliar da videira.

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