Dichteschätzung von Heterodera schachtii Populationen

Modellfreie Analyse aus hyperspektralen Luftbildern

Im ersten Teil der Luftbildauswertung geht es darum, welche allgemeinen Strukturen in einem Zuckerrübenbestand erkannt werden können, und ob sich aufgrund dieser doch eher abstrakten Informationen eine Assoziation zu der zur Saat Zuckerrübe vorhandenen Larvendichte erstellen lässt.

Hyperspektralbild	Erläuterung
Hyperspektralbild (RGB) einer Zuckerrübenversuchsparzelle mit einem sehr hohem Nematodenbesatz, > 4000 Eier & Larven/ 100 ml Boden. Die Parzelle ist eingerahmt von Wirtschaftswegen. Parzellenabgrenzung durch ausgelegte Weißstandards. Aufnahme einer Cubert ¹ Kamera im gegebenen Wellenlängenbereich von 400 bis 900 nm.	Parzellenaufnahme durch die Cubert¹ - Kamera unter einem Oktokopter, die Kamera hat eine Auflösung von 50 x 50 Pixel.

Hyperspektrale Bildanalyse und Klassifikation

Die Clusteranalyse ergab bei vorgegebenen 8 Cluster das links dargestellte, in Spektralfarben aufgeteilte Muster. Die ersten 5 Cluster beschreiben den Hintergrund, sie bestimmen den offenen Boden der Wirtschaftswege und die hinterlegten Weißstandards (blau bis hellgelb). Auch die Fehlstelle innerhalb des Bestandes ist klar zu erkennen (Koordinate 20;18). Von Interesse bezüglich der Zielgrößen sind die Cluster 6-8. Das resultierende Muster ist in etwa so, wie man sich eine Nematodenpopulation im Bestand vorstellen kann. Als Ergebnis können für die einzelnen Clusterzuordnungen folgende Hypothesen aufgestellt werden:

Hyperspektrale Bildanalyse gesunder Bereiche

Cluster 7 (orange Farbgebung) und der entsprechende 95%Vertrauensbereich: die Streuung ist zwar typischerweise hoch, aber auch ohne Ausreißer in den sichtbaren Wellenlängenbereichen (580-700 nm). Man kann vermuten, es handelt sich um nematodenfreie Areale, bzw. um Bereiche mit geringen Nematodendichten.

Hyperspektrale Bildanalyse schwer befallener Bereiche

Die Signaturen des Clusters 8, Darstellung in rot (mit Vertrauensbereich) beschreiben sowohl in ihrer relativen Lage zu Cluster 7, inklusive der Varianz in den Wellenlängen von 580 bis 700 nm, die hohen Nematodendichten von bis zu 4000 E&L/100 ml Boden. Insbesondere die höhere Reflexion im sichtbaren Bereich als auch die geringere Reflexion im Infrarotbereich deuten darauf hin.

Hyperspektrale Bildanalyse leicht befallener Bereiche

Cluster 6 (ockergelb), wieder zu sehen im Verhältnis zu Cluster 7. Hier sind die einzelnen Ausreißer im Wellenlängenbereich von 580 bis 700 nm am höchsten. Zu dem Cluster gehören auch spektrale Verläufe, wie sie typischerweise bei Blattkrankheiten auftreten. Es könnten aber auch Spektren sein, die noch den Wirtschaftswegen zugeordnet werden. Vermutet werden hier tatsächlich geringere Nematodendichten als in Cluster 8.

Zur Kontrolle werden die Hyperspektralmessungen des Versuches auf der Basis des ASD FieldSpec gegenübergestellt. Auch hier weisen die Signaturen in den Wellenlängen 580 bis 700 nm Varianzen auf, die den mittleren bis hohen Nematodendichten zuzuordnen sind (blaue und grüne Bereiche).

Fazit: Die Kombination aus Flächeninformation und Streuung der Clusterspektren ermöglicht die Interpretation auf das zu untersuchende Problem, bzw. ermöglicht den prinzipiell abstrakten Clustern eine versuchsbedingte Zuordnung.