مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

استفاده از شبکه‌های عصبی عمیق و سنجش از دور برای طبقه‌بندی محصولات کشاورزی در مناطق نیمه خشک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 مرکز پژوهشی مطالعات جغرافیایی و علوم اجتماعی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار،
2 دستیار پژوهشی، مرکز پژوهشی مطالعات جغرافیایی و علوم اجتماعی، دانشگاه حکیم سبزواری
10.22034/jargs.2026.579163.1264
چکیده
هدف: هدف از پژوهش حاضر طبقه‌بندی محصولات گندم و جو در شهرستان فامنین استان همدان با استفاده از شبکه‌های عصبی عمیق و داده‌های سنجش از دور می‌باشد تا دقت و کارایی ترکیب داده‌های ماهواره‌ای چندمنبعی در تفکیک محصولات کشاورزی در مناطق نیمه‌خشک ایران مورد ارزیابی قرار گیرد.
روش و داده: روش پژوهش از نوع تحلیلی و کمّی می‌باشد. در این تحقیق از داده‌های ماهواره‌ای Sentinel-1 (باندهای VV و VH) و Sentinel-2 (باندهای B4، B8، B11 و B12) استفاده گردید. همچنین پارامترهای اقلیمی شامل دمای سطح زمین (LST)، ارتفاع (DEM) و شاخص پوشش گیاهی MSAVI به عنوان ورودی‌های مکمل به مدل اضافه شد. برای آموزش مدل، از مجموعه داده‌های RPG فرانسه به همراه داده‌های زمینی ایران (شهرستان فامنین) برای سه سال ۱۴۰۰، ۱۴۰۱ و ۱۴۰۲ استفاده شد. مدل‌های مورد استفاده شامل Unet، Unet++، ResNet و MobileNet با توابع هزینه DiceLoss و TverskyLoss بودند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که مدل Unet++ با رمزگذار ResNet بالاترین عملکرد را با دقت کلی ۲/۸۱ درصد و ضریب کاپای ۷۶/۰ به دست آورد. افزودن پارامترهای اقلیمی به مدل، دقت کلی را حدود ۴/۵ درصد افزایش داد. شاخص MSAVI در تفکیک مزارع گندم و جو در منطقه مورد مطالعه عملکرد بهتری نسبت به NDVI نشان داد. همچنین داده‌های راداری Sentinel-1 بیشترین تأثیر را بر دقت نهایی داشتند.
نتیجه‌گیری: یافته‌های پژوهش نشان داد که استفاده از شبکه‌های عصبی عمیق در ترکیب با داده‌های چندمنبعی ماهواره‌ای می‌تواند دقت قابل‌قبولی در طبقه‌بندی محصولات کشاورزی در مناطق نیمه‌خشک ایران ارائه دهد. ترکیب داده‌های اپتیکال و راداری همراه با پارامترهای اقلیمی مکمل، نقش مؤثری در افزایش دقت طبقه‌بندی دارد. این رویکرد می‌تواند به عنوان ابزاری کارآمد برای پایش و مدیریت محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.
نوآوری، کاربرد نتایج: استفاده ترکیبی از داده‌های Sentinel-1 و Sentinel-2 به همراه پارامترهای اقلیمی و شاخص MSAVI در چارچوب شبکه‌های عصبی عمیق، روشی نوین در طبقه‌بندی محصولات کشاورزی مناطق نیمه‌خشک ارائه می‌دهد. قدرت این رویکرد در ادغام داده‌های چندمنبعی با مدل‌های یادگیری عمیق است که می‌تواند به مدیریت مؤثر اطلاعات محصولات کشاورزی و تضمین امنیت غذایی کمک کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Using deep neural networks and remote sensing to classify agricultural products in semi-arid regions

نویسندگان English

Mahdi Boroughani 1
Mina Firouzyazdi 2
Sima Pourhashemi 1
1 Research Center for Geoscience and Social Studies, Hakim Sabzevari University, Sabzevar
2 Research Assistant, Center for Geoscience and Social Studies, Hakim Sabzevari University,
چکیده English

This study aims to classify wheat and barley crops (irrigated and rainfed) in Famenin County, Hamadan Province, using deep neural networks and remote sensing data, to evaluate the accuracy and efficiency of multi-source satellite data integration for crop discrimination in semi-arid regions of Iran. In this study, Sentinel-1 (VV and VH bands) and Sentinel-2 (B4, B8, B11, and B12 bands) satellite data were utilized. Additionally, climatic parameters including Land Surface Temperature (LST), Elevation (DEM), and the MSAVI vegetation index were incorporated as complementary inputs to the model. For model training, the French RPG dataset combined with Iranian ground truth data from Famenin County was used for three years (2021, 2022, and 2023). The models employed included Unet, Unet++, ResNet, and MobileNet with DiceLoss and TverskyLoss cost functions. The results demonstrated that the ResNet-encoded Unet++ model achieved the highest performance with an overall accuracy of 81.2% and a Kappa coefficient of 0.76. Incorporating climatic parameters increased the overall accuracy by approximately 5.4%. The MSAVI index showed better performance in discriminating rainfed farms compared to NDVI. Furthermore, Sentinel-1 radar data had the greatest impact on the final accuracy.The findings revealed that the application of deep neural networks combined with multi-source satellite data can provide acceptable accuracy in agricultural crop classification in semi-arid regions of Iran. The integration of optical and radar data along with climatic parameters plays a significant role in improving classification accuracy. This approach can serve as an efficient tool for monitoring and managing agricultural crops. The combined use of Sentinel-1 and Sentinel-2 data along with climatic parameters and the MSAVI index within a deep neural network framework presents an innovative method for agricultural crop classification in semi-arid regions.

کلیدواژه‌ها English

Agricultural Crop Classification
Remote Sensing
and Deep Learning
Sentinel data
Famenin County
Semi-arid Regions

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 01 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 20 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 20 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 07 تیر 1405