< Terug naar vorige pagina

Project

Multitemporele, meerschalige en multi-bron remote sensing voor de monitoring van de fenologie van de Conference perenboom

De algemene doelstelling van dit onderzoek is om de fenologie van de Conference perenboom te beschrijven en te monitoren door middel van multispectrale en hyperspectrale satelliet- en dronebeelden. Hierbij zal er een specifieke focus gelegd worden op een multi-temporele benadering. De invloed van pedoklimaat en agronomische factoren op de fenologische variabiliteit zal onderzocht worden. Om dit objectief te bereiken zullen de volgende stappen gevolgd worden: 1. Het karakteriseren van de Conference perenboom fenologie door middel van multitemporele en hyperspectrale beelden, door veldmetingen en dronebeelden. De beelden die verkregen zijn via remote sensing zijn geen resultaat op zichzelf. Deze data zal geanalyseerd en geïnterpreteerd moeten worden. Hierbij is het belangrijk om de karakteristieken van het studieobject, de processen die plaatsvinden en hun invloed op de informatie die het beeld zal omvatten in detail te bestuderen. De volgende benadering zal hiervoor gevolgd worden: terwijl de RPAS data vergaard en geanalyseerd worden, zullen metingen met een spectroradiometer uitgevoerd worden om de interpretatie van de RPAS beelden te ondersteunen. De proefvelden van PCFruit zullen onderzocht worden met een RPAS die automatisch bestuurd wordt door het Dronegrid bedrijf. De hyperspectrale camera van de UAV zal de reflectantie in het RGB, NIR en de Red Edge delen verkrijgen; metingen zullen bekomen worden met een dagelijkse temporele resolutie gedurende de vier sleutelmomenten in de ontwikkeling zoals beschreven wordt in de BBCH code. Bijkomend zullen er regelmatig metingen gebeuren met de spectroradiometer om veranderingen in blad reflectantie over de tijd te bestuderen. Op deze manier zal er data verzameld worden over de reflectantie op zowel bladniveau als boomgaardniveau. De metingen op bladniveau zullen de metingen op boomgaardniveau ondersteunen, maar hiervoor moeten ze vergeleken kunnen worden. Om dit verschil te overbruggen zullen we Plant Radiative Transfer Models gebruiken, welke extensief gebruikt worden om van radiatie van de zon te simuleren wanneer deze in een blad of kruin dringt. Deze stap zal meerdere malen uitgevoerd worden: ten eerste zal dit in de tijd herhaald worden op elk van de vier fenologische stadia die met de RPAS data bestudeerd worden; ten tweede zal dit in de ruimte herhaald worden om het effect van verschillende bemesting en groeiregulator regimes te testen. 2. Het karakteriseren van de Conference perenboom fenologie met Sentinel 2 multispectrale data op niveau van boomgaard en land. Door het temporele profiel verkregen door satellietbeelden te gebruiken is het mogelijk om de gehele gewasontwikkeling te beschrijven (e.g. Vina et al., 2004). Dit onderzoek zal de ESA Sentinel-2 data gebruiken: Sentinel-2A is gelanceerd in maart 2017 (ESA, 2000). Het potentieel van de sensors aan boord van de satellieten, de MSI, is nog niet ten volle geëxploreerd. De 10m spatiale resolutie kan nieuwe deuren openen in het onderzoek van boomgaarden: in deze context, waar vegetatie de bodem nooit volledig bedekt, maakt spatiale resolutie een groot verschil. Tot nu toe zijn er pogingen geweest om boomsoorten te classificeren met S2 data (Immitzer, Vuolo, & Atzberger, 2016), maar niemand heeft de MSI sensor getest om fenologische stadia te detecteren in boomgaarden. Het potentieel van Sentinel-2 ligt echter niet alleen in zijn spatiale resolutie, maar ook in zijn temporele resolutie: de revisit time van 5 dagen is uniek en biedt een nieuwe opportuniteit voor multitemporele studies. 3. Het ontwikkelen van een tool om de fenologie van de Conference perenboom te monitoren op de schaal van het land. De informatie die geleverd wordt door Sentinel-2 data biedt de mogelijkheid om een tool te ontwikkelen op niveau van het land. De fenologische data die berekend wordt met S2 beelden zal een graad van variabiliteit vertonen: tot op welk punt kan een temporeel profiel beschouwd worden als ‘normaal’ en wanneer vertoont het een anomalie? Er is nood om de fenologische variabiliteit te interpreteren op niveau van het land door ze te verklaren. In het algemeen is fenologie voornamelijk bepaald door pedoklimaat condities. Daarboven kunnen agronomische activiteiten een invloed vertonen op bepaalde fenologische stadia. Tenslotte kan een biotische of abiotische stressfactor de normale groeicyclus verstoren van het gewas. Er zijn dus hoofdzakelijk drie componenten verbonden aan de fenologische variabiliteit die met behulp van de satellietbeelden waargenomen wordt. De grootte van de variabiliteit door pedoklimaat condities kan in rekening gebracht worden door een agro-ecologische zonatie toe te passen. Dit is de verdeling van een land in homogene pedoklimaatsgebieden. De fenologische data die afgeleid wordt van de satellietbeelden zal bestudeerd worden voor iedere zone apart, zodat de boomgaard verdeeld wordt in delen die een homogene pedoklimaat profiel hebben. De overblijvende variabiliteit zal bestudeerd worden om het effect van biotische en abiotische stres op de fenologische veranderingen te schatten. Dit onderzoek zal uitgevoerd worden dankzij de ondersteuning van het Centre for Remote Sensing and Earth Observation Processes van VITO en de Division of Forest, Nature and Landscape, onderdeel van het Department of Earth and Environmental Sciences (E&ES), van de KU Leuven.

Datum:19 okt 2017 →  24 sep 2019
Trefwoorden:pear, phenology, remote sensing, satellite, drone, senescence
Disciplines:Landschapsarchitectuur, Kunststudies en -wetenschappen, Fysische geografie en omgevingsgeowetenschappen, Communicatietechnologie, Geomatische ingenieurswetenschappen, Bosbouw, Ecologie, Milieuwetenschappen en management, Andere milieuwetenschappen
Project type:PhD project