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Land Surface Temperature Retrieval for Agricultural Areas Using a Novel UAV Platform Equipped with a Thermal Infrared and Multispectral Sensor

Heinemann, Sascha und Siegmann, Bastian und Thonfeld, Frank und Muro, Javier und Jedmowski, Christoph und Kemna, Andreas und Kraska, Thorsten und Muller, Onno und Schultz, Johannes und Udelhoven, Thomas und Wilke, Norman und Rascher, Uwe (2020) Land Surface Temperature Retrieval for Agricultural Areas Using a Novel UAV Platform Equipped with a Thermal Infrared and Multispectral Sensor. Remote Sensing, 12 (7), e1075. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs12071075. ISSN 2072-4292.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
16MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2072-4292/12/7/1075

Kurzfassung

Land surface temperature (LST) is a fundamental parameter within the system of the Earth’s surface and atmosphere, which can be used to describe the inherent physical processes of energy and water exchange. The need for LST has been increasingly recognised in agriculture, as it affects the growth phases of crops and crop yields. However, challenges in overcoming the large discrepancies between the retrieved LST and ground truth data still exist. Precise LST measurement depends mainly on accurately deriving the surface emissivity, which is very dynamic due to changing states of land cover and plant development. In this study, we present an LST retrieval algorithm for the combined use of multispectral optical and thermal UAV images, which has been optimised for operational applications in agriculture to map the heterogeneous and diverse agricultural crop systems of a research campus in Germany (April 2018). We constrain the emissivity using certain NDVI thresholds to distinguish different land surface types. The algorithm includes atmospheric corrections and environmental thermal emissions to minimise the uncertainties. In the analysis, we emphasise that the omission of crucial meteorological parameters and inaccurately determined emissivities can lead to a considerably underestimated LST; however, if the emissivity is underestimated, the LST can be overestimated. The retrieved LST is validated by reference temperatures from nearby ponds and weather stations. The validation of the thermal measurements indicates a mean absolute error of about 0.5 K. The novelty of the dual sensor system is that it simultaneously captures highly spatially resolved optical and thermal images, in order to construct the precise LST ortho-mosaics required to monitor plant diseases and drought stress and validate airborne and satellite data.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/135393/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Land Surface Temperature Retrieval for Agricultural Areas Using a Novel UAV Platform Equipped with a Thermal Infrared and Multispectral Sensor
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Heinemann, SaschaForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siegmann, Bastianbsiegmann (at) igf.uos.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thonfeld, FrankFrank.Thonfeld (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3371-7206NICHT SPEZIFIZIERT
Muro, JavierNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jedmowski, ChristophNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kemna, AndreasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kraska, ThorstenCampus Klein-Altendorf, Agricultural Faculty, University of BonnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Muller, OnnoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schultz, JohannesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Udelhoven, ThomasUniversity of TrierNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilke, NormanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rascher, UweNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 März 2020
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.3390/rs12071075
Seitenbereich:e1075
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:UAV; thermal infrared; multispectral VNIR; LST; emissivity; NDVI thresholds; atmospheric correction; agricultural mapping; low-cost applications
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Fernerkundung u. Geoforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Dynamik der Landoberfläche
Hinterlegt von: Kraus, Dr. Tanja
Hinterlegt am:24 Jun 2020 11:22
Letzte Änderung:24 Jun 2020 11:22

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