Monitoring vlhkosti a teploty půdy a jejich vlivu na zdravotní stav vegetace pomocí UAV

Jan Pech

Bakalářská práce

Monitoring of Soil Moisture and Temperature and Their Impact on Vegetation Health Using UAVs

Anotace:

Tato bakalářská práce se zabývá možnostmi monitorování vlhkosti půdy a stavu vegetace pomocí bezpilotních leteckých prostředků (UAV) na travním porostu. Hlavním cílem bylo ověřit, zda existuje statisticky měřitelný vztah mezi UAV-odvozenými ukazateli – vegetačními indexy VARI a ExG a absolutní teplotou povrchu z termální ortofotomapy – a pozemně naměřenou objemovou vlhkostí půdy. Snímkování bylo realizováno pomocí dronu DJI Mavic 3T vybaveného RGB a termální kamerou, přičemž pozemní validace byla provedena pomocí pěti půdních senzorů TMS. RGB a termální snímky byly zpracovány v softwaru Pix4D Mapper, kde byly vytvořeny ortofotomapy a rastrové vrstvy vegetačních indexů. Prostorová analýza a extrakce hodnot v místech senzorů proběhla v prostředí QGIS a statistická analýza byla provedena pomocí Pearsonova korelačního koeficientu. Výsledky korelační analýzy prokázaly velmi silnou zápornou korelaci mezi absolutní teplotou povrchu a vlhkostí půdy (r = −0,929; R² = 0,863). Vegetační index VARI nevykazoval významnou korelaci s vlhkostí půdy, zatímco index ExG vykázal silnou pozitivní korelaci, která je pravděpodobně ovlivněna malým počtem validačních bodů. Vizuální validace potvrdila, že chladnější oblasti na termální ortofotomapě odpovídají místům s vyšší vlhkostí půdy. Výsledky mají vzhledem k malému počtu validačních bodů a zimnímu termínu měření exploratorní charakter. Přesto práce ukazuje, že termální UAV snímkování má potenciál pro mapování prostorové variability vlhkosti půdy v travních porostech. Přínosem práce je metodické ověření postupu od pořízení dat až po jejich statistickou validaci a identifikace klíčových omezení, zejména potřeby většího počtu validačních bodů, opakovaného snímkování a využití multispektrálních dat v navazujícím výzkumu.

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the potential of monitoring soil moisture and vegetation condition using unmanned aerial vehicles (UAV) over a grassland area. The main objective was to verify whether a statistically measurable relationship exists between UAV-derived indicators—namely the vegetation indices VARI and ExG and the absolute surface temperature derived from a thermal orthomosaic—and ground-measured volumetric soil moisture. Data acquisition was carried out using a DJI Mavic 3T UAV equipped with RGB and thermal cameras, while ground validation was performed using five TMS soil sensors. RGB and thermal imagery were processed in Pix4D Mapper to generate orthomosaics and raster layers of vegetation indices. Spatial analysis and extraction of raster values at sensor locations were conducted in QGIS, and statistical evaluation was performed using Pearson’s correlation coefficient. The correlation analysis revealed a very strong negative correlation between absolute surface temperature and soil moisture (r = −0.929; R² = 0.863). The VARI index showed no meaningful correlation with soil moisture, whereas the ExG index exhibited a strong positive correlation, likely influenced by the small number of validation points. Visual validation confirmed that cooler areas in the thermal orthomosaic corresponded to locations with higher soil moisture. Due to the limited number of validation points and winter acquisition conditions, the results should be considered exploratory. Nevertheless, the study demonstrates the potential of thermal UAV imagery for mapping spatial variability of soil moisture in grasslands. The main contribution of this work lies in methodological validation of the workflow from data acquisition to statistical evaluation and in identifying key limitations, including the need for more validation points, repeated measurements, and the use of multispectral data in future research.

Klíčová slova

Zdravotní stav vegetace, Vlhkost půdy, Teplota půdy, UAV

Keywords

Soil temperature, Vegetation stress, UAV, Soil moisture

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 31. 3. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Jan Komárek, Ph.D.
• Oponent: Jiří Prošek, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta životního prostředí

Bakalářský studijní program:
Geografické informační systémy a dálkový průzkum Země v životním prostředí