تفکیک اراضی زیر کشت برنج و سویا با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای سنتینل 2 در الگوهای کاشت تابستانه جهت تحلیل تغییرات سطح زیر کشت دو محصول در چهار حوضه آبخیز استان گلستان

سابقه و هدف: مناسب بودن آب و هوای استان گلستان برای تولید اغلب محصولات کشاورزی باعث شده که این استان از نظر تولید محصولات زراعی دارای تنوع بالایی باشد، به طوری که این استان دارای رتبه‌های نخست از نظر سطح زیر کشت و تولید دانه‌های روغنی به خصوص سویا در کشور است. این تحقیق با هدف تخمین سطح زیر کشت برنج و سویا در سطح چهار حوضه آبخیز در استان گلستان برای اولین بار با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل 2 و با استفاده از روش‌های حداکثر احتمال، حداقل فاصله از میانگین و فاصله ماهالانوبی از زیرمجموعه روش طبقه‌بندی نظارت شده بود.مواد و روش‌ها: به منظور شناسایی، تفکیک و ارزیابی سطح زیر کشت دو محصول تابستانه برنج و سویا در سطح مورد مطالعه، از دو تصویر ماهواره سنتینل‌‌2 مربوط به ماه‌های مرداد و شهریور سال1395 استفاده شد. این تحقیق در سطح 4 حوضه آبخیز زرین‌گل، محمد آباد، قره‌سو و قرن‌آباد از استان گستان انجام شد. برای این‌کار پس از دانلود تصاویر لازم از نظر زمانی و در سطح حوضه‌های مورد مطالعه اقدام به تصحیحات رادیومتریک، اتمسفری و هندسی روی تصاویر شد. پس از آن ترکیبات باندی، ترکیبات رنگی، موزاییک تصاویر و محاسبات باندی انجام شد و شاخص گیاهی ndvi جهت جداسازی پوشش‌های گیاهی از غیر پوشش و در نهایت نقشه کاربری اراضی و لایه زراعی تولید شد. جهت ارزیابی صحت نتایج طبقه‌بندی، نقشه تولید شده با نقاط واقعیت زمینی ثبت شده از طریق gps مورد بررسی قرارگرفت.یافته‌ها: نتایج نشان داد که در سطح چهار حوضه، سطح زیر کشت برنج نسبت به سال‌های گذشته افزایش داشته که با توجه به مصرف بالای آب در این محصول در شرایط کنونی وضعیت آب استان می‌تواند بحران موجود را تشدید نماید. همچنین سطح زیر کشت محصول سویا که می‌تواند یک گیاه رقیب و جایگزین برای برنج باشد نسبت به سال‌های گذشته کاهش یافته است. نتایج نشان داد که با توجه به ضریب کاپا (kappa coefficient) و صحت کلی(overall accuracy) به ‌ترتیب معادل 92 درصد و 95.5 درصد، روش طبقه‌بندی حداکثر احتمال به عنوان روش منتخب طبقه‌بندی در برنج انتخاب و سطح زیرکشت برنج تخمین زده شده در این روش معادل 32911 هکتار بود که در مقایسه با آمار جهاد کشاورزی ( هکتار27839) اریبی حدود 18 درصد داشت. همچنین جهت تخمین و برآورد سطح زیر کشت محصول سویا ضریب کاپا و صحت کلی روش طبقه‌بندی کمترین فاصله از میانگین با بالاترین دقت به‌ترتیب معادل 88 درصد و95.2 درصد و میزان سطح زیر کشت سویا در این روش 28359 هکتار تخمین زده شد که در مقایسه با آمار سازمان جهاد کشاورزی (25083 هکتار) اریبی حدود13 درصد داشت.نتیجه‌گیری: تصاویر ماهواره سنتینل‌2 از قابلیت بالایی برای تفکیک سریع اراضی و تهیه نقشه انواع محصولات و تعیین سطح زیر کشت محصولات با دقت نسبتا مناسب در مقیاس منطقه‌ای برخوردار هستند. همچنین سطح زیر کشت برنج نسبت به سالهای قبل افزایش و سطح زیر کشت سویا نسبت به سالهای قبل کاهش یافته است.

Detection of rice and soybean grown fields and their related cultivation area using Sentinel-2 satellite images in summer cropping patterns to analyze temporal changes in their cultivation area (Case study: four watershed basins of Golestan Province)

Background and Objectives: In Golestan province, the suitability of climatic condition to produce most of the agricultural products has led to high diversity in crop production, so this province has the first rank in terms of cultivating and producing oilseeds, especially soybean, in Iran. This research was carried out at four major watershed basins of Golestan province, Mohammad Abad, Qaresoo, Zaringol, and Gharnabad. This study was aimed to estimate the area under rice and soybeanscultivation in the aforementioned watershed basins. For this, Sentinel2 satellite images were used for the first time using different supervised classification methods (Maximum likelihood, the minimum distance of average and the Mahalanobis distance).Materials and Methods:In this study, two Sentinel2 satellite images of August and September of 2016 were used to identify, detect and evaluate the cultivated area of rice and soybean as two summer crops. This research was carried out at four watershed basins of Golestan Province (Mohammad Abad, Qaresoo, Zaringol, and Gharnabad). Radiometric, atmospheric, and geometric corrections were made after downloading the images of the study area. Then, band compounds, pseducolor combinations, image mosaics and rational band calculations were carried out, and the NDVI vegetation index was used to detect vegetation cover from other land uses, and finally, a land use map and crop layer was produced.Results: results of this study showed that the soybean cultivation area which is an alternative plant for rice in summer cropping, has decreased compared to past years. In the present study, two Sentinel2 satellite images of August and September of 2016 were used to identify, detect and evaluate the cultivated area of rice and soybean as two summer crops in four watershed basins of Golestan province. To compare the outputs of the three classification methods, training and test samples were used. In order to evaluate the accuracy of the classification results, the generated map was analyzed using the GPSregistered ground control point .The Maximum likelihood classification with kappa coefficient and overall accuracy of 92% and 95.5% was selected as the superior method for rice. In this method, the rice cultivation area was estimated 32911 hectares with a 18% bias compared to the Agricultural Jihad statistics (27839 hectares). Whereas for soybean, the minimum distance method with kappa coefficient and the overall accuracy of 88% and 95.2% was selected as superior classification method. Based on the results, the soybean cultivation area was estimated as 28359 hectares, with a bias of 13%, compared to the Agricultural Jihad statistics (25083 hectares).Conclusion: Sentinel2 satellite images have a high potential for quick land detection and providing crops cultivation area maps in a regional scale. Also, the rice cultivation area has been increased compared to past years, while has been decreased for soybean.