Sentinel-2 uydu görüntüleri kullanılarak ayçiçeği bitkisi fenolojik evresinin izlenmesi ve verim tahmin çalışması

Abstract

Dünyanın nüfusunun artışıyla birlike, şehirleşme artmakta ve tarım arazileri azalmaktadır. Bu sebeple tarım arazilerinin izlenmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, Sentinel-2 optik görüntüleme uyduları ile ayçiçeği bitkisinin fenolojik evresini Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt and CHemical industry (BBCH) kod ölçeğinde incelenmesi ve verim tahmini çalışmaları için uygunluğunun analiz edilmesidir.Çalışma kapsamında; Ayçiçeği üretiminde önemli yeri olan Tokat ili Zile ilçesinde ayçiçeği parselleri tespit edilmiştir. Tespit edilen parsellerin tapu sınırları öğrenilmiş ve fenolojik evresi sürecinde dört kez araziye çıkılarak bitkinin evre takibi gerçekleştirilmiştir. Uydudan takibi için 5 gün zamansal çözünürlüğe ve 13 adet bant ile geniş spektral çözünürlüğe sahip, ücretsiz olarak erişimi sağlayan Sentinel-2 optik görüntüleme uyduları tercih edilmiştir. Çalışmada, Normalize Fark Bitki İndeksi (NDVI: Normalized Difference Vegatation Index), Normalize Fark Bitki İndeksi kırmızı-kenar 1 (NDVIre1: Normalized Difference Vegetation Index red-edge 1), Basit Oran kırmızı-kenar 1 (SRre1: Simple Ratio red-edge) bitki indeksleri ile evre takibi ve parsel bazlı verim hesabı yapılmıştır. Çalışmada, ayçiçeği bitkisi fenolojik evresi sürecinde 23 adet görüntü kullanılmış ve her görüntüde parsellerin yansıtım değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, bitki indeks değerleri ile verim arasındaki korelasyonlara bakılmıştır. Güvenilirlik ölçütü olarak Karesel Ortalama Hata (KOH) dikkate alınmıştır. Çalışmanın sonucunda, BBCH kod ölçeğinde korelasyonun en yüksek olduğu evre çiçek tablası oluşumu evresi olduğu görülmüştür. Hesaplanan verim değerlerinin KOH'a göre 30 Haziran tarihinde NDVI 22.63 Kg, 8 Temmuz tarihinde SRre1 29.99 Kg ve 10 Temmuz tarihinde SRre1 29.12 Kg ile en iyi sonuçlar verdiği görülmüştür.Sentinel-2 verisinin ücretsiz imkanıyla ve kırmızı-kenar bölgede bulunan bantlarıyla, ayçiçeği bitkisinin izlenmesinde güvenirliği yüksek oranda verim tahmini yapılabileceği belirlenmiştir.

With the increase of the world's population, urbanization is increasing while farmland is decreasing. For this reason, monitoring of agricultural lands is important. The main aim of this study is to investigate the phenological stage of sunflower plant with Sentinel-2 images in the scale of the code of the Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt and CHemical industry (BBCH). In addition, suitability for yield estimation was analyzed.To this aim, sunflower parcels were identified in Zile district of Tokat province, where sunflower production is important. The boundary of the parcels were defined and four field-work was conducted to check the phenological phase of the sunflower. Sentinel-2 images were preferred due to free access acquisition of 5 days temporal resolution and 13 multi-spectral band data.Parcel based yield estimation was calculated with Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Normalized Difference Vegetation Index red-edge 1 (NDVIre1), and Simple Ratio red-edge 1 (SRre1). In the study, 23 images were acquired and the reflectance values of the parcels in each image were calculated for the sunflower phenological stage analysis. In addition, correlations between vegetation indices and yield were investigated. The Root Mean Square Error (RMSE), was taken into account as reliability measure. As a result, the stage inflorescence emergence in the BBCH code scale achieved the highest correlation. According to RMSE, the calculated yield values were found to be best with NDVI 22.63 Kg on June 30, SRre1 29.99 Kg on July 8 and SRre1 29.12 Kg on July 10th. Free-of-charge Sentinel-2 images that have red-edge bands provided high rate of reliabile sunflower yield estimation.