هواشناسی کشاورزی

هواشناسی کشاورزی

ارزیابی تأثیر زمان تصویربرداری لندست بر دقت تخمین عملکرد پنبه در استان گلستان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 هیأت علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
3 گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک،دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
4 4دانش آموخته دکتری علوم و مهندسی آب-آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب ، دانشکده آب و خاک،دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران.
5 عضو هیأت علمی گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
10.22125/agmj.2026.586690.1198
چکیده
سنجش از دور مبتنی بر تصاویر ماهواره‌ای، روشی مؤثر و غیرمخرب برای پایش عملکرد محصولات کشاورزی است که می‌تواند در مدیریت منابع، برنامه‌ریزی زنجیره تأمین و تضمین امنیت غذایی نقش مهمی ایفا کند. تلفیق داده‌های سنجش از دور با روش‌های داده‌کاوی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین نیز دقت پیش‌بینی عملکرد محصولات را افزایش می‌دهد. این پژوهش با هدف توسعه و ارزیابی چارچوبی تحلیلی مبتنی بر داده‌های ماهواره‌ای و الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای تخمین عملکرد پنبه در استان گلستان انجام شد. با توجه به اهمیت اقتصادی پنبه و نیاز به داده‌های بهنگام در مدیریت زراعی، از تصاویر ماهواره‌ای لندست ۸ و ۹ استفاده شد. پس از استخراج شاخص‌های طیفی ، عملکرد مدل‌های رگرسیون چندمتغیره خطی (MLR) و درخت تصمیم M5 با استفاده از معیارهای خطا ارزیابی گردید. نتایج نشان داد مدل MLR نسبت به M5 دقت کمتری دارد. بهترین نتایج در تاریخ ۸ اکتبر (۱۶ مهر ۱۴۰۳)، هم‌زمان با اوج گلدهی و تشکیل غوزه پنبه، به‌دست آمد. به‌گونه‌ای که مدل M5 در این تاریخ ، بهترین عملکرد را با ضریب تعیین 75/0، RMSE برابر 846 کیلوگرم بر هکتار و MAE معادل 671 کیلوگرم بر هکتار نشان داد، در حالی‌که مدل MLR در همین تاریخ دارای ضریب تعیین 46/0، RMSE برابر 1207 کیلوگرم بر هکتار و MAE معادل 1026 کیلوگرم بر هکتار بدست آمده است. شاخص‌های SAVI، NDVI، EVI، LAI و NMDI بیشترین نقش را در پیش‌بینی عملکرد داشتند. نتایج پژوهش نشان داد الگوریتم M5 روشی دقیق، مقرون‌به‌صرفه و تفسیرپذیر برای پایش منطقه‌ای پنبه و توسعه سامانه‌های هوشمند کشاورزی دقیق در ایران است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessing the Impact of Landsat Image Acquisition Timing on the Accuracy of Cotton Yield Estimation in Golestan province

نویسندگان English

Khalil Ghorbani 1
Hosein Sheibani 2
Abotaleb Hezarjaribi 3
Maryam Mazidi 4
Chooghi Bairam Komaki 5
1 Faculty member of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
2 Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
3 Faculty member of Department of Water Engineering, Faculty of Water and Soil,Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan
4 4PhD Graduate in Water Science and Engineering-Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Faculty of Water and Soil, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
5 Faculty member of Department of Desert Area Management, Faculty of Rangeland and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده English

Satellite image-based remote sensing is an effective and non-destructive approach for monitoring agricultural crop performance and can play an important role in resource management, supply chain planning, and food security assurance. Integrating remote sensing data with data mining methods and machine learning algorithms can further improve the accuracy of crop yield prediction. This study was conducted to develop and evaluate an analytical framework based on satellite data and machine learning algorithms for estimating cotton yield in Golestan Province. Considering the economic importance of cotton and the need for timely data in agricultural management, Landsat 8 and 9 satellite images were utilized. After extracting spectral and vegetation indices, the performance of Multiple Linear Regression (MLR) and the M5 decision tree model was evaluated using error metrics. The results indicated that the MLR model had lower accuracy compared to the M5 model. The best results were obtained on October 8 (October 16, 1403 in the Iranian calendar), coinciding with the peak flowering and boll formation stage of cotton. Specifically, the M5 model achieved the highest predictive performance on this date, with a coefficient of determination (R²) of 0.75, a Root Mean Square Error (RMSE) of 846 kg ha⁻¹, and a Mean Absolute Error (MAE) of 671 kg ha⁻¹. In contrast, the MLR model yielded an R² of 0.46, an RMSE of 1,207 kg ha⁻¹, and an MAE of 1,026 kg ha⁻¹.. Among the evaluated indices, SAVI, NDVI, EVI, LAI, and NMDI showed the greatest contribution to yield prediction, highlighting the significant role of vegetation cover, leaf area, and plant moisture status in determining final yield. The findings demonstrated that the M5 algorithm is an accurate, cost-effective, and interpretable method for regional cotton monitoring and for developing intelligent precision agriculture systems in Iran.

کلیدواژه‌ها English

Cotton
Landsat
M5
Yield Estimation
Golestan Province

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 مرداد 1405