Optimalizace postupů použití dat z bezpilotních prostředků v precizním zemědělství

Bc. Denisa Kujovská

Diplomová práce

Optimization of procedures for the use of UAV acquired data in precision agriculture

Anotace:

Jedním z aplikovaných přístupů v precizním zemědělství je použití bezpilotních prostředků k výpočtu vegetačních indexů. V této práci bylo zkoumáno sedm indexů - NDVI, NDRE, GNDVI, SAVI, MSAVI, OSAVI, EVI2 na osmi různých pokusných polích s hrachem, pšenicí, kukuřicí, mákem a řepkou v letech 2018 a 2019, které byly nalétávány jednou až třikrát během dané vegetační sezony. Cílem bylo vybrat nejlepší index, popř. identifikovat nedostatky, a tím ověřit možnost použití těchto indexů k predikci výnosů za použití lineární regrese. Ověření bylo provedeno na základě k-násobné křížové validace a výsledky srovnávány pomocí míry korelace, relativní absolutní chyby a RMSE. Bylo dokázano, že vegetační indexy je možné pro tento odhad použít, a to i při nízké variabilitě mězi jednotlivými parcelami pokusu, přičemž jako nejlepší byly označeny jednoduché poměrové indexy NDVI a NDRE, kdy NDVI byl dostatečný ve většině případů. V několika případech se v druhé fázi vegetační sezóny jako lepší ukázal index NDRE a rozdíly mezi korelacemi těchto dvou indexů byly až 30 %. Nejlepších výsledků v rámci plodin bylo dosaženo pro pšenici, kde korelace dosahovala hodnot 0.87, dále pro kukuřici a řepku (0.67 a 0.51), zatímco nízké hodnoty byly dosaženy pro mák a jeden z pokusů s hrachem.

Abstract:

One possibility of implementing precision agriculture is the use of UAV to obtain vegetation indices. In this study, seven indexes were examined - NDVI, NDRE, GNDVI, SAVI, MSAVI, OSAVI, EVI2 on eight experimental fields with peas, wheat, corn, poppy and rapeseed in 2018 and 2019, which were captured one to three times during the vegetation season. The aim was to select the best index, respectively identify the weakness, and thereby verify the possibility of using these indices to predict yields with linear regression. Verification was performed based on k-fold cross-validation and results were compared using correlation rate, relative absolute error, and RMSE. It was proved that vegetation indices can be used for this estimation, even with low variability among the individual plots of the experiment, with the simple ratio indices NDVI and NDRE being identified as the best, where NDVI was sufficient in most cases. In several cases, the NDRE index proved to be better in the second half of the growing season and the differences between the correlations of the two indices were up to 30 %. The best results based on crop type were obtained for wheat, where the correlation was 0.87, for corn and rape (0.67 and 0.51), while low values were obtained for poppy and one of the pea experiments.

Klíčová slova

vegetační indexy, UAV, NDVI, NDRE, precizní zemědělství, polní pokusy

Keywords

vegetation indices, UAV, NDVI, NDRE, precision agriculture, field trials

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 4. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Vítězslav Moudrý, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta životního prostředí

Magisterský studijní program / obor:
Krajinné inženýrství / Environmentální modelování