@MastersThesis{Arenas-Toledo:2008:CrDiUs,
author = "Arenas-Toledo, John Mauricio",
title = "Crop discrimination using harmonic analysis of EVI MODIS
time-series data",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2008",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2008-06-30",
keywords = "harmonic analysis, EVI MODIS, medium spatial resolution imagery,
annual crops, crop calendar, management practices, an{\'a}lise
harm{\^o}nica, EVI MODIS, imagens de resolu{\c{c}}{\~a}o
espacial m{\'e}dia, culturas anuais, calend{\'a}rio
agr{\'{\i}}cola, pr{\'a}ticas de manejo.",
abstract = "In the present decade, agriculture has increased worldwide in
importance due to sensitive matters such as the current food
crisis, biofuels boom, and the land use and land cover changes
from savanna/forest areas to agriculture expansion. As a
consequence, crop monitoring at regional and national scales has
become essential at different levels of knowledge and for diverse
discipline areas. This study primarily aims to perform crop
discrimination using two sources of remote sensing data in the
period from July/2006 to June/2007: a) harmonic terms derived from
harmonic analysis of time-series data of MODIS-EVI 16-day
composite imagery, in addition with b) medium spatial-resolution
data (TM-Landsat and CCD-CBERS). Four municipalities from Mato
Grosso State were selected as study area. This region is a large
agriculture producer, especially of soybean, cotton and maize, and
it is also known as one of the largest agriculture frontiers in
the world. These annual crops have a short cycle, which makes crop
monitoring hard to achieve only by using medium spatial resolution
imagery because there is a coincidence with a period of high cloud
cover, particularly during the summer season. We found that crop
calendar and management practices, such as succession planting,
had a strong relation with the capability of associating crop
types to harmonic terms. Annual crop cycles were modeled by the
first 3-order harmonic terms while other land cover units
exhibited lower values in same harmonic terms. The time-range
selection was a sensitive parameter that allowed a better
discrimination among crops and their planting patterns.
Classifications of MODIS harmonic components (amplitude and phase
terms) reached accuracies around of 90%, which outperformed
classifications of MODIS reflectance bands (single-date image)
during the highest crop development. Statistical comparisons of
individual harmonic terms allowed checking the separability
between major annual crops due to succession planting: single
versus double cropping. A simple GIS integration was used to mix
final MODIS and TM data products to generate the final map.
Estimates of crop area were obtained and compared with official
IBGE (subjective) data. Both data were quite similar in proportion
terms but in absolute values our results showed that soybean
estimates were lower and cotton were higher than the official
data. Finally, we propose a crop-masking procedure using the sum
of high-orders amplitude terms derived from EVI-MODIS to setup
gross crop area estimates. ABSTRACT: Na presente d{\'e}cada, a
import{\^a}ncia da agricultura tem aumentado mundialmente devido
a assuntos delicados tais como a crise alimentar, a
revolu{\c{c}}{\~a}o dos biocombust{\'{\i}}veis e as
mudan{\c{c}}as no uso e cobertura da terra de savanas/florestas
para {\'a}reas de expans{\~a}o agr{\'{\i}}cola. Como
conseq{\"u}{\^e}ncia, o monitoramento agr{\'{\i}}cola em
escalas nacionais e regionais vem se convertendo em assunto
crescentemente priorit{\'a}rio em diferentes n{\'{\i}}veis do
conhecimento, assim como nas diversas disciplinas. O presente
estudo visa diferenciar as culturas agr{\'{\i}}colas utilizando
duas fontes de dados de sensoriamento remoto, considerando o
per{\'{\i}}odo compreendido entre Julho/2006 a Junho/2007: a) a
an{\'a}lise harm{\^o}nica de s{\'e}ries temporais do EVI-MODIS
em imagens composi{\c{c}}{\~a}o de 16 dias, conjuntamente com b)
imagens de resolu{\c{c}}{\~a}o espacial m{\'e}dia (TM-Landsat e
CCD-CBERS). Como {\'a}rea de estudo foram selecionados quatro
munic{\'{\i}}pios do Estado de Mato Grosso. Esta regi{\~a}o
{\'e} uma importante {\'a}rea de produ{\c{c}}{\~a}o
agr{\'{\i}}cola especialmente de soja, algod{\~a}o e milho, e
igualmente {\'e} conhecida como uma das maiores fronteiras
agr{\'{\i}}colas no mundo. Estas culturas anuais apresentam um
ciclo de cultivo curto, o que dificulta enormemente o
monitoramento utilizando sensoriamento remoto devido {\`a}
coincid{\^e}ncia com um per{\'{\i}}odo de elevada probabilidade
de cobertura de nuvens, principalmente na {\'e}poca de
ver{\~a}o. Observou-se que o calend{\'a}rio agr{\'{\i}}cola e
as pr{\'a}ticas de manejo, tais como a sucess{\~a}o de culturas,
tiveram um forte impacto na capacidade de associa{\c{c}}{\~a}o
das culturas com os termos da an{\'a}lise harm{\^o}nica. As
culturas anuais foram modeladas pelos tr{\^e}s primeiros termos
harm{\^o}nicos, enquanto as outras classes de cobertura da terra
apresentaram valores baixos para os referidos termos
harm{\^o}nicos. A escolha do intervalo das s{\'e}ries temporais
mostrou um impacto significativo nos termos harm{\^o}nicos e
permitiu obter uma melhor diferencia{\c{c}}{\~a}o entre as
culturas e seus padr{\~o}es de manejo. As
classifica{\c{c}}{\~o}es dos componentes harm{\^o}nicos
(amplitude e fase) alcan{\c{c}}aram acur{\'a}cias pr{\'o}ximas
de 90%, ultrapassando as obtidas quando foram usadas
exclusivamente as bandas de reflet{\^a}ncia do MODIS (imagens de
uma {\'u}nica data) da {\'e}poca de maior desenvolvimento da
cultura. As compara{\c{c}}{\~o}es estat{\'{\i}}sticas dos
termos harm{\^o}nicos individuais permitiram comprovar que {\'e}
poss{\'{\i}}vel discriminar diferentes culturas com base na
sucess{\~a}o de plantio destas culturas: padr{\~o}es simples
versus duplos. Foi utilizada uma integra{\c{c}}{\~a}o simples
por SIG para relacionar os dados provenientes das duas fontes de
informa{\c{c}}{\~a}o de sensoriamento remoto.
Compara{\c{c}}{\~o}es das estimativas agr{\'{\i}}colas com os
dados oficiais mostraram resultados similares em termos da
propor{\c{c}}{\~a}o, mas os resultados obtidos neste estudo
estabeleceram que as estimativas da soja foram inferiores e as do
algod{\~a}o foram superiores em rela{\c{c}}{\~a}o aos dados
oficiais (subjetivos) do IBGE. Finalmente, foi proposto um
procedimento de mascaramento das {\'a}reas agr{\'{\i}}colas
utilizando a somat{\'o}ria dos tr{\^e}s primeiros termos
harm{\^o}nicos obtidas a partir EVI-MODIS para gerar estimativas
agr{\'{\i}}colas preliminares, que se mostrou com grande
potencial de operacionaliza{\c{c}}{\~a}o.",
committee = "Formaggio, Dr. Antonio Roberto (presidente) and Epiph{\^a}nio,
Dr. Jos{\'e} Carlos Neves (orientador) and Rudorff, Dr. Bernardo
Friedrich Theodor and Renn{\'o}, Dr. Camilo Daleles and Antunes,
Dr. Mauro Antonio Homem",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Discrimina{\c{c}}{\~a}o de culturas agr{\'{\i}}colas
utilizando an{\'a}lise harm{\^o}nica de s{\'e}ries temporais de
dados EVI-MODIS",
language = "en",
pages = "151",
ibi = "6qtX3pFwXQZGivnK3Y/ViEg3",
url = "http://urlib.net/ibi/6qtX3pFwXQZGivnK3Y/ViEg3",
targetfile = "paginadeacesso.html",
urlaccessdate = "12 maio 2024"
}