Estimativa da data de plantio da soja por meio de séries temporais de imagens MODIS

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Marcos Adami
• Orientador(a): Maurício Alves Moreira, Rogério Teixeira de Faria
• Banca de defesa: Flávio Jorge Ponzoni, Angélica Giarolla, Rodrigo Rizzi, Marcelo Bento Paes de Camargo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: Crop yield can be estimated using mathematical models, which aside from meteorological and pedological data, these models require information about sowing and duration of each phenological stage. In this sense, this study aims at estimating the dates of sowing, phenological stage change from R1 to R3 (first open flower to first pod), and R8 phenological stage (physiological maturity) for soybean using Modis time series in Paraná State. Firstly, soybean phenological development parameters used in the Agroclimatic Monitoring System (SMA) were defined based on 40 fields with in loco monitoring of phenological stages. Afterwards, the dates of phenological stage change from R1 to R3, and of R8 were established for 376 fields with known sowing dates. In the next step, 430 8-day composite MOD09A1 and MOD09Q1 products were analyzed between 02/24/2000 and 06/19/2009, originating EVI and NDVI time series. In these two time series, Modis data were eliminated according to the following criteria: a) band 3 reflectance higher than 10\%, and b) sensor view angle higher than 30°. After applying these criteria, the following filters were used in the resulting time series: a) Hants, b) double logistic, c) Savitzky-Golay, and d) Wavelet DB6. Sowing, phenological stage change from R1 to R3, and R8 phenological stage dates were estimated based on these filtered time series. These estimates were compared with observed data in 376 fields using regression analysis and bootstrap techniques. Furthermore, indexes of agreement d1 and d2 as well as root mean square error and mean absolute error were calculated. The methodology developed in this work was applied to soybean cultivated areas in Paraná State from 2001/02 to 2008/09 crop years. The applied criteria prior to filtering eliminated 18\% of time series data. The best filtering result was achieved using Wavelet-DB6 for both EVI and NDVI time series. The estimated sowing dates using these two time series resulted in r values higher than 0.95 and prediction errors ranging between 9 and 10 days. The performance of soybean phenological stage change from R1 to R3 and R8 phenological stage dates estimations were similar to sowing date estimation. However, prediction errors for phenological stage change from R1 to R3and R8 phenological stage dates were around 4 and 14 days, respectively. There was no significant difference for estimations from either EVI or NDVI time series. The results of applying this methodology to the soybean cultivated area in Paraná State were similar to those of Paraná State Department of Agriculture (SEAB) reports. Therefore, it is possible to estimate soybean sowing, phenological stage change from R1 to R3, and R8 phenological stage using Modis EVI and NDVI time series.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2010/09.15.21.47

A produtividade de culturas agrícolas pode ser estimada por meio de modelos, que além de dados meteorológicos e pedológicos, requerem informações sobre a data de plantio e o intervalo de duração de cada estádio fenológico. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi estimar a data de plantio, a data de mudança de fase fenológica de R1 para R3 (florescimento para formação de vagem) e a data de R8 (maturação fisiológica) da cultura da soja no estado do Paraná, por meio de análise de séries temporais de dados Modis. Inicialmente, os parâmetros de desenvolvimento fenológico da soja utilizados no Sistema de Monitoramento Agroclimático foram definidos com base em 40 talhões, cujos ciclos fenológicos foram acompanhados a campo. Em seguida, as datas de mudança de fase fenológica de R1 para R3 e de R8 foram estabelecidas para 376 talhões com data de plantio conhecida. Na etapa seguinte, foram adquiridas 430 imagens em composições de 8 dias dos produtos MOD09A1 e MOD09Q1, no período compreendido entre os dias 24/02/2000 e 19/06/2009, que deram origem às séries temporais de EVI e NDVI. Nestas duas séries temporais foram eliminados os dados Modis que atendiam os seguintes critérios: a) refletância da banda 3 maior do que 10\%; b) ângulo de visada do sensor maior do que 30°. Os seguintes filtros foram aplicados nas séries temporais resultantes: a) Hants; b) duplo-logística; c) Savitzky-Golay e; d) Wavelet DB6. Com base nestas séries temporais filtradas, foram estimadas as datas de plantio, as datas de mudança de fase fenológica de R1 para R3 e as datas de R8 da soja. Estas estimativas foram comparadas com os dados observados nos 376 talhões com o uso das técnicas de análise de regressão e bootstrap. Também foram calculados os índices de ajuste d1 e d2, bem como o erro médio quadrático e o erro médio absoluto. A metodologia desenvolvida neste trabalho foi aplicada nas áreas de cultivo de soja no Paraná para os anos safra 2001/02 a 2008/09. A utilização dos critérios prévios à filtragem fez com que 18\% dos dados da série temporal fossem eliminados da análise. O filtro que apresentou os melhores resultados foi o Wavelet-DB6, tanto para a série temporal de EVI quanto para a de NDVI. As datas estimadas para o plantio, obtidas a partir das duas séries temporais, apresentaram valores de r superiores a 0,95, e os erros de estimativa foram de 9 a 10 dias. As estimativas das datas de mudança de fase fenológica de R1 para R3 da soja tiveram desempenhos similares aos obtidos para as datas de plantio. No entanto, os erros de estimativa das datas de mudança de fase fenológica de R1 para R3 e de R8 ficaram em torno de 4 e 14 dias, respectivamente. Não houve diferença significativa entre as estimativas utilizando EVI e NDVI. A aplicação desta metodologia nas áreas de cultivo de soja no Paraná apresentou resultados similares aos relatados pela Secretaria de Estado da Agricultura e do Abastecimento. Desta forma, conclui-se que é possível estimar as datas de plantio, de mudança de fase fenológica de R1 para R3 e de R8 da cultura da soja com o uso de séries temporais de EVI e NDVI dos dados Modis.