Skip to main content
SUPERVISOR
Mahdi Gheysari,Rasoul AmirFattahi,Abbas Hemmat
مهدی قیصری (استاد مشاور) رسول امیر فتاحی ورنوسفادرانی (استاد مشاور) عباس همت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Pedram Shoa
پدرام شعاع

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Infrared Thermographic Measurement of Olive Tree Canopy Temperature for Estimating Crop Water Stress
In order to decrease water consumption in agricultural sectors, deficit irrigation has been suggested. For preventing a heavy loss in crop yield, management of water stress is essential. Plant based methods for measuring plant water stress such as stomatal conductance are more precise than soil based methods such as soil water potential or content, but all these methods are largely time-consuming and require specialized labor and a large number of measurements. Surface temperature of a leaf or canopy can be an indicator of stomatal conductance, hence of a plant water stress. However, canopy temperature is not only affected by stomatal conductance, but also changes with environmental conditions such as air temperature and vapor pressure deficit. Crop water stress index (CWSI) and stomatal conductance index (Ig) are recently proposed to solve these dependency problems. Comparing the canopy temperature with two reference temperatures, crop water stress index can minimize the effect of environmental conditions. Thermography is a non-destructive and non-contact approach toward surface temperature measurement without interfering with plant activities. The temperature of specific options in thermal image could be obtained via supervised or unsupervised methods. The general goal of this study was to obtain CWSI using thermal images and to evaluate the potential of this method for predicting the stomatal conductance as a reference measurement of crop water stress and to automate this procedure via unsupervised computer processing. In order to achieve this goal, thermal images from olive trees under five deficit irrigation treatments with three replications were captured. Wet and dry references surfaces were developed and placed in the field of view of the camera nearby canopy. Images were capture in two directions, first perpendicular to solar travel and second back to the sun shining direction which receives more radiation than first one, in three times in a day (10, 12, 14 regional times). The automation procedure was a mixture of pixel and region based image processing applied to thermal images. The automation algorithm were coded in MATLAB and compared with supervised methods. Inputs of algorithm were thermal images and the code delivered stress indicators. Indices assisted with air temperature plus five degrees as dry reference temperature, could significantly improve the coefficient of correlation. Results revealed more powerful relationship between stress indicators calculated in first direction at morning measurements (R 2 ADJ = 0.92***) rather than other times and directions. Furthermore, Ig showed higher coefficient of correlation with stomatal conductance (R 2 ADJ = 0.94***). Automatic algorithm obtained canopy temperature, significantly similar to supervised method (R 2 ADJ = 0.99***), with even more precise relationship between stress indices and the stomatal conductance (R 2 ADJ = 0.95***). Keywords: Thermography, Canopy Temperature, Stomatal Conductance, Crop Water Stress Index, Stomatal Conductance Index, Image Processing, Fuzzy C-Means Clustering
کم آبیاری یکی از روش های مدیریتی برای افزایش کارایی مصرف آب در بخش کشاورزی و افزایش تولید به ازای واحد آب مصرفی است. بنابراین اندازه گیری وضعیت آبی گیاه به منظور کنترل دقیق این سطوح تنش و جلوگیری از افت شدید محصول ضروری می باشد. روش های گیاه مبنا در اندازه گیری تنش مانند اندازه گیری هدایت روزنه ای حساسیت بیشتری نسبت به روش های خاک مبنا مانند پتانسیل یا محتوای آبی خاک دارند، ولی اشکال این روش ها در وقت گیر بودن و نیاز به نیروی متخصص برای اندازه گیری و تکرار زیاد است. دمای سطح برگ یا کانوپی می تواند شاخصی از هدایت روزنه ای یا سطح تنش آبی باشد. علاوه بر هدایت روزنه ای، دمای کانوپی متاثر از عوامل محیطی است. با مقایسه دمای کانوپی با دمای دو مرجع مصنوعی تر و خشک در دو شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) و شاخص هدایت روزنه ای (Ig) از تاثیر عوامل محیطی کاسته خواهد شد. تصویر برداری ترموگرافی روشی نوین در اندازه گیری دما بصورت غیر تماسی یا سنجش از دور است. هدف اصلی این پژوهش، استخراج این دو شاخص ذکر شده و بررسی توانایی آن ها در پیش بینی هدایت روزنه ای می باشد. در این راستا، از درختان زیتون واقع در پریس دانشگاه صنعتی اصفهان با پنج سطح کم آبیاری (100، 80 ، 60، 40 و 20 درصد نیاز آبی براساس تبخیر تعرق روزانه) و در هر تیمار از سه درخت تصویربرداری شد. تصویربرداری در دو جهت پشت به خورشید و عمود بر جهت حرکت خورشید و همچنین در سه زمان از روز (ساعت 10، 12 و 14 ) انجام گرفت. به منظور استخراج دمای مراجع، یک نمونه مرجع به همراه مخزن آب برای استفاده یک روزه ساخته شد. مرجع مصنوعی خشک از روشی دیگر نیز بصورت دمای هوا بعلاوه پنج درجه استفاده شد. دمای کانوپی از دو روش دستی و خودکار (پردازش دیجیتال تصاویر ترموگرافی با استفاده از خوشه بندی فازی) استخراج شد. به منظور بررسی نیاز به تصاویر مرئی، روش دستی در دو حالت مرئی مبنا و ترمال مبنا انجام شد که روش دوم دقت بالاتری داشت. روش خودکار با قدرت بالایی توانایی پیش بینی دمای کانوپی را داشت. اندازه گیری صبح با جهت عمود بر حرکت خورشید، بالاترین دقت و زمان بعدازظهر نیز کمترین دقت را در پیش بینی هدایت روزنه داشت. استفاده از دمای هوا بعلاوه پنج درجه نیز نسبت به مرجع مصنوعی دقت بالاتری را به همراه داشت. شاخص هدایت روزنه ای رابطه ی قویتری با اندازه گیری پرومتری نسبت به شاخص تنش آبی گیاه داشت. در نهایت می توان از این روش برای مدیریت آبیاری نرخ متغییر در باغات با هدف افزایش راندمان مصرف آب استفاده نمود. واژه های کلیدی: ترموگرافی، دمای کانوپی، هدایت روزنه ای، شاخص تنش آبی گیاه، شاخص هدایت روزنه ای، پردازش تصویر، خوشه بندی فازی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی