Εκτίμηση βιομάζας με δορυφορικές εικόνες και χρήση μηχανικής μάθησης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην ανάλυση της διαθέσιμης βιομάζας σε αγροτικές καλλιέργειες, με ιδιαίτερη έμφαση στις καλλιέργειες καλαμποκιού, βαμβακιού, κριθαριού και σιτηρών, αξιοποιώντας δορυφορικά δεδομένα και τεχνικές Τηλεπισκόπησης. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στην περιοχή της Καρδίτσας, λόγω της έλλειψης άλλων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της σημαντικής έκτασης των διαθέσιμων αγροτικών εκτάσεων. Η μελέτη καλύπτει την περίοδο από το 2018 έως το 2022, και εστιάζει στη διαθεσιμότητα βιομάζας μέσω απομακρυσμένης καταγραφής και κατηγοριοποίησης των καλλιεργειών, με τη χρήση δειγματοληπτικών μεθόδων. Για τον προσδιορισμό των καλλιεργητικών εκτάσεων, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τον δορυφόρο Sentinel-2A, με ανάλυση 10x10 μέτρων, βασιζόμενοι στα φασματικά προφίλ των καλλιεργειών. Οι τεχνικές Τηλεπισκόπησης επέτρεψαν την προσαρμογή των δεδομένων στις απαραίτητες χωρικές αναλύσεις, διευκολύνοντας έτσι τον υπολογισμό της διαθέσιμης βιομάζας. Αυτό περιλάμβανε τη σύντηξη δεδομένων και την απομόνωση της περιοχής μελέτης. Η κατηγοριοποίηση των καλλιεργειών έγινε με βάση τα φασματικά τους προφίλ και πανοραμικές εικόνες, ενώ η εφαρμογή μάσκας για την απομόνωση της περιοχής μελέτης και η αφαίρεση των υδάτινων επιφανειών συνέβαλαν σημαντικά στην ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Επιπλέον, εφαρμόστηκαν υπολογισμοί φασματικών δεικτών, όπως οι δείκτες βλάστησης και υγρασίας, για να αναλυθεί η κατάσταση των καλλιεργειών σε βάθος χρόνου. Οι δείκτες βλάστησης επιβεβαίωσαν τα στατιστικά δεδομένα, δείχνοντας μια ανάλογη μείωση της βλάστησης στις καλλιεργητικές εκτάσεις. Σημαντικές κρίθηκαν και οι τιμές του Κανονικοποιημένου Δείκτη Διαφοράς Υγρασίας (NDMI) σε σχέση με τους χάρτες κατηγοριοποίησης, ώστε να υπολογιστούν τα ποσοστά υγρασίας ανά καλλιέργεια ετησίως και να εκτιμηθεί η καθαρή βιομάζα ανά στρέμμα. Τα αποτελέσματα αυτών των υπολογισμών εφαρμόστηκαν στα δεδομένα κάθε έτους για την πενταετή εκτίμηση της διαθέσιμης βιομάζας.