<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">vetpress</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Аграрная наука</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Agrarian science</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">0869-8155</issn><issn pub-type="epub">2686-701X</issn><publisher><publisher-name>Редакция журнала "Аграрная наука"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.32634/0869-8155-2024-387-10-159-164</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">vetpress-3314</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>АГРОИНЖЕНЕРИЯ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGIES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Определение морфометрических показателей почвенной поверхности виноградного насаждения по спектральным каналам спутниковых изображений</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Detection of morphometric indicators of the soil surface of a grape plantation using spectral bands of satellite images</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-3337-2970</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Орлов</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Orlov</surname><given-names>V. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Виталий Александрович Орлов, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник</p><p>Пионерский пр-т, 36, Анапа, 353456</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Vitaly Alexandrovich Orlov, Candidate of Agricultural Sciences, Senior Research</p><p>36 Pionersky Ave., Anapa, 353456</p></bio><email xlink:type="simple">vitorl@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-7317-9150</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Лукьянов</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Lukyanov</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Алексей Александрович Лукьянов, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник</p><p>Пионерский пр-т, 36, Анапа, 353456</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Alexey Alexandrovich Lukyanov, Candidate of Agricultural Sciences, Senior Research</p><p>36 Pionersky Ave., Anapa, 353456</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0001-1948-2041</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Михайловская</surname><given-names>О. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Mikhailovskaya</surname><given-names>O. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Олеся Ивановна Михайловская, младший научный сотрудник </p><p>Пионерский пр-т, 36, Анапа, 353456</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Olesya Ivanovna Mikhailovskaya, Junior Researcher</p><p>36 Pionersky Ave., Anapa, 353456</p></bio><email xlink:type="simple">azosviv@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Анапская зональная опытная станция виноградарства и виноделия — филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Северокавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства и виноделия»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Anapa Zonal Experimental Station of Viticulture and Winemaking is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution “North Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture and Winemaking”</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>24</day><month>10</month><year>2024</year></pub-date><volume>1</volume><issue>10</issue><fpage>159</fpage><lpage>164</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Орлов В.А., Лукьянов А.А., Михайловская О.И., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Орлов В.А., Лукьянов А.А., Михайловская О.И.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Orlov V.A., Lukyanov A.A., Mikhailovskaya O.I.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.vetpress.ru/jour/article/view/3314">https://www.vetpress.ru/jour/article/view/3314</self-uri><abstract><sec><title>Введение</title><p>Введение. Почвы играют важную роль примерно в 30-летнем периоде эксплуатации виноградного насаждения, влияя на рост растений, их урожайность и качество винограда. В данном исследовании изучались морфометрические показатели поверхностного слоя почвы виноградного насаждения с использованием спектральных каналов спутниковых изображений.</p></sec><sec><title>Методология</title><p>Методология. Методология включала применение алгоритма «случайного леса» для классификации почвенного покрова по спектральным каналам и нормализованным индексам спутниковых изображений и анализа основных физико-химических свойств почв.</p></sec><sec><title>Результаты</title><p>Результаты. В ходе исследования были выявлены значительные различия в спектральной отражательной способности различных вариантов участков, что было обусловлено содержанием карбонатов, уровнем влажности и количеством гумуса. Участки с высоким содержанием карбонатов и влаги показали более высокие значения стандартного отклонения в спектральных каналах. Изучение спектральных характеристик почвенной поверхности позволяет эффективно классифицировать различные участки на основе данных дистанционного зондирования. Анализ комбинаций спектральных каналов выявил оптимальный набор из трех каналов (В12, В11, В8А) с минимальным среднеквадратичным отклонением при классификации изображения по шести почвенным вариантам участков. Для классификации можно использовать и композицию из пяти нормализованных индексов, но в этом случае значительно возрастает время вычисления при большем значении среднеквадратичного отклонения и диапазоне доверительного интервала. С помощью машинного обучения были сегментированы шесть различимых типов почвенной поверхности, что продемонстрировало сложность почвенной мозаики поля. Эти результаты имеют решающее значение для улучшения управления виноградниками и повышения их продуктивности.</p></sec></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><sec><title>Introduction</title><p>Introduction. Soils play an important role in the approximately 30-year period of operation of a grape planting, influencing plant growth, their yield and the quality of the grapes. In this study, the morphometric parameters of the surface soil layer of a grape plantation were studied using spectral channels of satellite images.</p></sec><sec><title>Methodology</title><p>Methodology. The methodology included the use of a “random forest” algorithm to classify soil cover using spectral channels and normalized satellite image indices and analyze the main physicochemical properties of soils. Accuracy was assessed using RMSD and confidence intervals calculated via bootstrapping.</p></sec><sec><title>Results</title><p>Results. The study revealed significant differences in the spectral reflectivity of different site options, which was due to carbonate content, humidity levels and the amount of humus. Areas with high carbonate and moisture content showed higher standard deviation values in the spectral channels. Studying the spectral characteristics of the soil surface makes it possible to effectively classify different areas based on remote sensing data. Analysis of combinations of spectral channels revealed an optimal set of three channels (B12, B11, B8A) with a minimum standard deviation when classifying an image into six soil variants of areas. For classification, a composition of five normalized indices can also be used, but in this case the calculation time increases significantly with a larger standard deviation and a larger confidence interval range. Using machine learning, six distinct soil surface types were segmented, demonstrating the complexity of the field›s soil mosaic. These results are critical for improving vineyard management and productivity</p></sec></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>виноградное насаждение</kwd><kwd>почва</kwd><kwd>спектральные каналы</kwd><kwd>нормализованные индексы</kwd><kwd>спутниковые данные</kwd><kwd>Sentinel-2</kwd><kwd>отражательная способность</kwd><kwd>распознавание изображений</kwd><kwd>машинное обучение</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>grape planting</kwd><kwd>soil</kwd><kwd>spectral channels</kwd><kwd>normalized indices</kwd><kwd>satellite data</kwd><kwd>Sentinel-2</kwd><kwd>reflectivity</kwd><kwd>image classification</kwd><kwd>machine learning</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Магомедов Г.Г., Магомедова Е.С. Оценка состояния почв плодоносящих виноградников Дагестана, находящихся в длительной эксплуатации. Магарач. Виноградарство и виноделие. 2022; 24(3): 242–247. https://doi.org/10.34919/IM.2022.24.3.007</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Magomedov G.G., Magomedova E.S. The estimation of soil conditions of fruit-bearing vineyards in Dagestan under long-term exploitation. Magarach. Viticulture and Winemaking. 2022; 24(3): 242–247 (in Russian). https://doi.org/10.34919/IM.2022.24.3.007</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Усков И.Б., Кононенко О.В., Суханов П.А., Усков А.О. Анализ методик бонитировки почв и оценки продуктивности земель. Агрохимический вестник. 2023; (5): 81–89. https://www.elibrary.ru/wfdrnd</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Uskov I.B., Kononenko O.V., Suhanov P.A., Uskov A.O. Analysis of methods for assessing soils and assessing land productivity. Agrochem herald. 2023; (5): 81–89 (in Russian). https://www.elibrary.ru/wfdrnd</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Орлов В.А., Лукьянов А.А. Микрозонирование виноградных насаждений на основе разностных нормализованных индексов по космическим снимкам. Плодоводство и виноградарство юга России. 2022; (6): 248–262. https://doi.org/10.30679/2219-5335-2022-6-78-248-262</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Orlov V.A., Lukyanov A.A. Microzoning of grape plantations on the basis of difference normalized indices from satellite images. Fruit growing and viticulture of South Russia. 2022; (6): 248–262 (in Russian). https://doi.org/10.30679/2219-5335-2022-6-78-248-262</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Быкова М.В., Власенко В.П. Лимитирующие почвенные характеристики, определяющие развитие и качество виноградников. Мировые исследования в области естественных и технических наук. Материалы VI Международной научно-практической конференции. Ставрополь: Параграф. 2023; 105–107. https://www.elibrary.ru/vlgfdj</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bykova M.V., Vlasenko V.P. Limiting soil characteristics that determine the development and quality of vineyards. World Research in the Field of Natural and Technical Sciences. Proceedings of the VI International Scientific and Practical Conference. Stavropol: Paragraph. 2023; 105–107 (in Russian). https://www.elibrary.ru/vlgfdj</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Глазунов Г.П., Афонченко Н.В., Двойных В.В. Оценка влияния морфометрических показателей рельефа на плодородие черноземных почв. Достижения науки и техники АПК. 2020; 34(7): 10–18. https://www.elibrary.ru/yujjru</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Glazunov G.P., Afonchenko N.V., Dvoinykh V.V. Influence of morphometric terrain indicators on the fertility of chernozem soils. Achievements of science and technology in agribusiness. 2020; 34(7): 10–18 (in Russian). https://www.elibrary.ru/yujjru</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Незнаева А.М. Почвенно-экологические факторы, определяющие рост, развитие и качество винограда. Научный журнал КубГАУ. 2007; 32: 118–124. https://www.elibrary.ru/jxulbp</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Neznaeva A.M. Soil-ecological factors, determining growth, development and quality of grape. Scientific Journal of KubSAU. 2007; 32: 118–124 (in Russian). https://www.elibrary.ru/jxulbp</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Власенко В.П., Быкова М.В. Методология оценки виноградопригодности почв (земель) и способы отображения их в градостроительной документации на примере земель Анапо-Таманской зоны Краснодарского края. Московский экономический журнал. 2022; 7(9): 12. https://doi.org/10.55186/2413046X_2022_7_9_553</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vlasenko V.P., Bykova M.V. Methodology for assessing the viticultural suitability of soils (lands) and ways to display them in urban planning documentation on the example of lands of the Anapa-Taman zone of the Krasnodar Territory. Moscow economic journal. 2022; 7(9): 12 (in Russian). https://doi.org/10.55186/2413046X_2022_7_9_553</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Седых В.А., Савич В.И., Суккар Л., Мисюрева Е.В. Цветовая гамма почв, оцениваемая методами компьютерной диагностики, как индикатор генезиса и плодородия почв. Плодородие. 2020; (2): 40–43. https://doi.org/10.25680/S19948603.2020.113.12</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sedykh V.A., Savich V.I., Sukkar L., Misyureva E.V. Color soil spectrum assessed by computer diagnostic methods as an indicator of soil genesis and fertility. Plodorodie. 2020; (2): 40–43 (in Russian). https://doi.org/10.25680/S19948603.2020.113.12</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кириллова Н.П., Силева Т.М. Анализ цвета почв с использованием цифровой фотокамеры. Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2017; (1): 16–23. https://www.elibrary.ru/xhrccd</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kirillova N.P., Sileva T.M. Colorimetric analysis of soils using digital cameras. Lomonosov Soil Science Journal. 2017; (1): 16–23 (in Russian). https://www.elibrary.ru/xhrccd</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мишин Б.С., Некрасова Т.А. Цвет и диагностика почв. Наука и образование. 2019; 2(4): 294. https://www.elibrary.ru/sutdba</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mishin B.S., Nekrasova T.A. Color and diagnostics of soils. Nauka i Obrazovaniye. 2019; 2(4): 294 (in Russian). https://www.elibrary.ru/sutdba</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Савич В.И., Крутилина В.С., Егоров Д.Н., Кашанский А.Д. Использование компьютерной диагностики для объективной характеристики цвета почв. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2004; (4): 38–51. https://www.elibrary.ru/vtibvj</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Savich V.I., Krutilina V.S., Egorov D.N., Kashansky A.D. Use of computer diagnostics for objective soil color characterization. Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 2004; (4): 38–51 (in Russian). https://www.elibrary.ru/vtibvj</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Хомяков Д.М., Жулидова Д.А. К вопросу создания универсального алгоритма анализа и диагностики почв по цвету. Агрофизика. 2022; (3): 19–25. https://doi.org/10.25695/AGRPH.2022.03.03</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Khomyakov D.M., Zhulidova D.A. On the issue of creating a universal algorithm for analyzing and diagnosing soils by color. Agrofizika. 2022; (3): 19–25 (in Russian). https://doi.org/10.25695/AGRPH.2022.03.03</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Doğan B., Gülser C. Assessment of soil quality for vineyard fields: A case study in Menderes District of Izmir, Turkey. Eurasian Journal of Soil Science. 2019; 8(2): 176–183. https://doi.org/10.18393/ejss.551874</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Doğan B., Gülser C. Assessment of soil quality for vineyard fields: A case study in Menderes District of Izmir, Turkey. Eurasian Journal of Soil Science. 2019; 8(2): 176–183. https://doi.org/10.18393/ejss.551874</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рыбалко Е.А. и др. Организация работы с данными наземных и дистанционных наблюдений для решения задач дистанционного мониторинга виноградников. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016; 13(1): 79–92. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2016-13-1-79-92</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rybalko E.A. et al. Management of ground data and remote observations data processing aimed at vineyards remote monitoring. Current problems in remote sensing of the Earth from space. 2016; 13(1): 79–92 (in Russian). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2016-13-1-79-92</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sassu A., Gambella F., Ghiani L., Mercenaro L., Caria M., Pazzona A.L. Advances in Unmanned Aerial System Remote Sensing for Precision Viticulture. Sensors. 2021; 21(3): 956. https://doi.org/10.3390/s21030956</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sassu A., Gambella F., Ghiani L., Mercenaro L., Caria M., Pazzona A.L. Advances in Unmanned Aerial System Remote Sensing for Precision Viticulture. Sensors. 2021; 21(3): 956. https://doi.org/10.3390/s21030956</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Чурсин В.В., Кужевская И.В., Мерзляков О.Э., Валевич Т.О., Ручкина К.В. Разработка алгоритма классификации данных спутникового зондирования на основе машинного обучения на примере гранулометрического состава почв агроландшафтов Западной Сибири. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021; 18(2): 39–50. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-2-39-50</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chursin V.V., Kuzhevskaya I.V., Merzlyakov O.E., Valevich T.O., Ruchkina K.V. Design of satellite sensing data classification algorithm based on machine learning using the example of granulometric composition of soils in agricultural landscapes of Western Siberia. Current problems in remote sensing of the Earth from space. 2021; 18(2): 39–50 (in Russian). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-2-39-50</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Михеева И.В. Вероятностно-статистическая и информационная оценка современных процессов в природных объектах на основе данных почвенного мониторинга. Вестник СГУГиТ. 2017; 22(4): 220–236. https://www.elibrary.ru/ytzdyo</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mikheeva I.V. Probabilistic-statistical and information assessment of contemporary processes in natural objects on the basis of data of soil monitoring. Vestnik SSUGT. 2017; 22(4): 220–236 (in Russian). https://www.elibrary.ru/ytzdyo</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кириллова Н.П., Хомяков Д.М., Караванова Е.И., Азиков Д.А., Жулидова Д.А. Спектральные почвенные базы данных. Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2021; (2): 11–17. https://www.elibrary.ru/upczzh</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kirillova N.P., Khomyakov D.M., Karavanova E.I., Azikov D.A., Zhulidova D.A. Soil spectral databases. Lomonosov Soil Science Journal. 2021; (2): 11–17 (in Russian). https://www.elibrary.ru/upczzh</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
