TEMPORAL STABILITY OF WITHIN-FIELD PATTERNS OF NDVI IN NON IRRIGATED MEDITERRANEAN VINEYARDS

M. KAZMIERSKI; P. GLEMAS2; J. ROUSSEAU; B. TISSEYRE

摘要

Aims: The objective of this paper is to study the temporal stability of wilhin-field spatial variability of the Normalised Difference Vegetative Index (NDVI) at two time scales: intra-annual and inter-annual. This study aims to provide answers to the practical use of NDVI and, in particular, to determine whether it is possible (i) to advance the date of image acquisition in order to increase the time required for image analysis and interpretation before harvest and (ii) to verify if an image acquired in one year can be used to manage the vineyard in the following years. Methods and results: The study was conducted on 17 individual fields. The analysis of the intra-annual stability was performed with four images in 2007 and two images in 2006 that were acquired at different stages of vine development. The analysis of the inter-annual stability was performed with five images laken around veraison on five different years over a period of 10 years (from 1999 to 2009). For the 17 fields of the study, a sampling grid was defined to take into account the characteristics of image processing and the particular shape of each field. A rank coefficient of correlation (Spearman) was used to characterize the correlation between dates of acquisition (images). A Kendall test was implemented to individually characterize and identify the source of the observed temporal stability. Conclusion: In Mediterranean conditions, this study highlighted the temporal stability of within-field NDVI patterns both within a season or between seasons. Regarding the intra-annual scale, an image acquired from 15 to 20 days before veraison had a significant correlation (p < 0.05) with an image acquired at harvest. For earlier images (i.e., taken around flowering), the strength of the correlation decreased as the time lag between two images increased. This decrease was probably linked to summer pruning operations, the presence of an inter-row cover crop or a spring vigour that differed from the final vigour in some fields. Regarding the inter-annual scale, images acquired at veraison were all significantly correlated (p < 0.05) over the 10 year period regardless of the time lag between image acquisition. The degree of the correlation decreases continuously with time. For the 17 fields of the experiment, a decrease in the stability of NDVI between years was noticeable when significant changes in vine training (irrigation, replanting) occurred. For fields that did not undergo major changes, the spatial patterns of NDVI could be considered relatively stable over time for periods up to 3 to 5 years according to the age of the vineyard. Significance and impact of the study: This study showed that in Mediterranean conditions it is possible (i) to advance the date of image acquisition to at least 20 days before veraison if the objective is to highlight the spatial variability at harvest, (ii) to use information from an image acquired at veraison over several subsequent years if the field does not undergo major changes in management practices and (iii) to use early-season images (around flowering) as a potential source of information for managing other operations.%Objectif: L'objectif de ce travail est d'étudier la stabilité temporelle de la variabilité spatiale du NDVI à deux échelles de temps : intra-annuelle et interannuelle. Cette étude a pour objectif d'apporter des réponses pour une utilisation pratique du NDVI, en particulier vérifier s'il est possible (I) d'avancer la date d'acquisition des images afin d'en permettre une analyse et une interprétation bien avant la récolte et (ii) de voir si une image acquise l'année ne peut-être utilisée pour aider à la conduite du vignoble les années suivantes.rnMéthodes et résultats : L'étude a été conduite sur 17 parcelles. L'analyse de la stabilité intra-annuelle a été réalisée avec quatre images acquises à des dates différentes en 2007 et deux images en 2006. L'analyse de la stabilité interannuelle a été réalisée avec cinq images correspondant à cinq années différentes réparties sur une période de 10 ans, de 1999 à 2009. Pour les 17 parcelles de l'étude, une grille d'échantillonnage a été définie de manière à prendre en compte les caractéristiques du traitement des images ainsi que la forme particulière des parcelles. Un coefficient de corrélation de rang (Spearman) a été utilisé pour caractériser la corrélation entre les différentes dates d'acquisition (images). Un test de Kendall a été mis en œuvre afin de mettre en évidence le caractère plus moins stable de chaque parcelle et d'évaluer l'origine de la stabilité temporelle observée.rnConclusion: Cette étude a permis de mettre en évidence, en condition méditerranéenne, une stabilité des motifs spatiaux de NDVI que ce soit au cours d'une même année ou entre plusieurs années. Au niveau intra-annuel, une image acquise jusqu'à 15 à 20 jours avant la véraison présente une corrélation significative (p < 0.05) avec une image acquise à la vendange. Toutefois, cette corrélation se dégrade régulièrement au cours du temps. Cette dégradation est vraisemblablement liée aux opérations en vert, à la présence d'enherbement ou d'une vigueur printanière différente de la vigueur finale sur certaines parcelles. Au niveau interannuel, les images à la véraison présentent toutes une corrélation significative (p < 0.05) jusqu'à un intervalle de temps de 10 ans entre deux images. Le niveau de cette corrélation décroît avec le temps de manière continue. Sur l'ensemble des 17 parcelles testées, cette diminution de la stabilité du NDVI semble s'expliquer par des modifications de conduite (irrigation, replantation) sur certaines parcelles. Pour les parcelles qui ne font pas l'objet de changements majeurs, les motifs spatiaux du NDVI peuvent être considérés comme relativement stables dans le temps sur des périodes allant de trois à cinq ans en fonction de l'âge du vignoble.rnSignification et impact de l'étude : En condition méditerranéenne, cette étude montre que (I) il est possible d'avancer la date d'acquisition des images avant la véraison lorsque l'objectif est de mettre en évidence la variabilité spatiale à la vendange, (ii) l'information d'une image acquise à la véraison peut, à condition que la conduite du vignoble ne fasse pas l'objet de changements majeurs, être utilisée sur plusieurs années, (iii) les images précoces (autour de la floraison) sont potentiellement source d'information pour la gestion d'autres opérations.

机译：目的：本文的目的是在两个年度尺度上研究归一化差异植被指数（NDVI）的野区空间变异的时间稳定性。这项研究旨在为NDVI的实际使用提供答案，尤其是确定是否有可能（i）提前获取图像的日期，以增加收获前图像分析和解释所需的时间，以及（ii ），以验证在一年后获得的图像是否可以在接下来的几年中用于管理葡萄园。方法和结果：本研究在17个领域进行。对年内稳定性的分析是用2007年的四幅图像和2006年的两幅图像在葡萄生长的不同阶段进行的。对年际稳定性的分析是在10年内（从1999年到2009年）的5个不同年份中，用五张围绕湖景的图像进行的。对于研究的17个领域，定义了一个采样网格，以考虑图像处理的特征和每个领域的特定形状。相关等级系数（Spearman）用于表征采集日期（图像）之间的相关性。实施了一项Kendall测试，以分别表征和确定观察到的时间稳定性的来源。结论：在地中海条件下，这项研究强调了一个季节内或季节之间田间NDVI模式的时间稳定性。关于年内尺度，从veraison之前的15到20天获取的图像与收获时获取的图像具有显着的相关性（p <0.05）。对于较早的图像（即在开花前后拍摄），相关强度随着两个图像之间的时间滞后的增加而降低。这种减少可能与夏季修剪操作，行间覆盖作物的存在或春季活力与某些田间的最终活力不同有关。关于年际尺度，无论图像获取之间的时间间隔如何，在10年期间内，通过veraison采集的图像均具有显着相关性（p <0.05）。相关度随时间连续降低。对于该实验的17个田地，当葡萄树训练（灌溉，改种）发生重大变化时，NDVI的稳定性在几年之间会明显下降。对于未发生重大变化的田地，根据葡萄园的年龄，NDVI的空间格局在3至5年的时间内可认为相对稳定。研究的意义和影响：该研究表明，在地中海条件下，如果目的是突出收获时的空间变异性，则可以（i）将图像获取日期提前至少20天，（ii）如果该领域在管理实践上没有发生重大变化，则使用随后几年通过验证获得的图像中的信息，并且（iii）将早期的图像（开花前后）用作管理其他操作的潜在信息源。％Objectif ：临时住所，临时住所和临时居所的NDVI和临时住所的时间间隔：年内和年中。如果要对使用NDVI的人进行补充，请尽最大可能（I）尽早获得先进的图像采集和分析，然后再进行解释Larécolte等人（ii）的照片获得了无与伦比的年鉴和证书：Méthodesetrésultats：L'étudeaétépipee sur 17 parcelles。稳定的年鉴内的四分之一图像在2006年和2007年获得不同日期的图像。稳定的年鉴内的四分相图像在四分之一图像上de 10 ans，de 1999à2009。在第17届法国香格里拉大赛上，法国国家检察官办公室对所有的特征进行了鉴定，并在照片上添加了特殊的特征。确认不符合相关规定的企业（斯皮尔曼公司），并取得了不同的收购日期（图）。结论：在Cétéétudea permis de metter enévidence，在有条件的情况下，必须证明自己的能力可以使NDVI稳定下来，并且可以使您的主题保持稳定。周年纪念日内，图像获得优先权15到20周前，关联性显着（p <0.05）图像获得权。 Toutefois，这种相关性会随着时间而定期降低。这种恶化可能与绿色作业有关，草或春季活力的存在与某些田地的最终活力不同。在年际水平上，在两张图像之间的10年时间间隔内，所有检验图像均显示出显着的相关性（p <0.05）。该相关性的水平随着时间连续降低。在所有测试的17个样地中，NDVI稳定性的下降似乎可以通过某些样地的管理（灌溉，补植）变化来解释。对于不受重大变化影响的地块，NDVI的空间格局在3到5年的一段时间内可能会相对稳定，具体取决于葡萄园的年龄。研究：在地中海条件下，这项研究表明（I）如果目的是突出收获期间的空间变异性，则有可能提前确认图像的日期，（ii）如果葡萄园的管理不受重大变化，则可以在几年内使用来自于确证图像的信息，（iii）早期图像（开花期）可能用于其他操作管理的信息源。

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