Surface soil moisture is an important hydrological parameter in agricultural areas. Periodic measurements in tropical mountain environments are poorly representative of larger areas, while satellite resolution is too coarse to be effective in these topographically varied landscapes, making spatial resolution an important parameter to consider. The Las Palmas catchment area near Medellin in Colombia is a vital water reservoir that stores considerable amounts of water in its andosol. In this tropical Andean setting, we use an unmanned aerial vehicle (UAV) with multispectral (visible, near infrared) sensors to determine the correlation of three agricultural land uses (potatoes, bare soil, and pasture) with surface soil moisture. Four vegetation indices (the perpendicular drought index, PDI; the normalized difference vegetation index, NDVI; the normalized difference water index, NDWI, and the soil-adjusted vegetation index, SAVI) were applied to UAV imagery and a 3 m resolution to estimate surface soil moisture through calibration with in situ field measurements. The results showed that on bare soil, the indices that best fit the soil moisture results are NDVI, NDWI and PDI on a detailed scale, whereas on potatoes crops, the NDWI is the index that correlates significantly with soil moisture, irrespective of the scale. Multispectral images and vegetation indices provide good soil moisture understanding in tropical mountain environments, with 3 m remote sensing images which are shown to be a good alternative to soil moisture analysis on pastures using the NDVI and UAV images for bare soil and potatoes.

中文翻译：

---

基于土地利用和安第斯山脉安第斯山脉空间分辨率的多光谱图像土壤水分分析

在农业地区，地表土壤水分是重要的水文参数。热带山区环境中的定期测量很难代表较大的区域，而卫星分辨率太粗糙而无法在这些地形变化的景观中发挥作用，因此空间分辨率成为要考虑的重要参数。哥伦比亚麦德林附近的拉斯帕尔马斯集水区是重要的水库，其雄激素中储存了大量的水。在这种热带安第斯山脉环境中，我们使用带有多光谱（可见，近红外）传感器的无人机（UAV）来确定三种农业土地用途（马铃薯，裸露的土壤和牧场）与地表土壤水分的相关性。四个植被指数（垂直干旱指数PDI；归一化差异植被指数NDVI；垂直植被指数NDVI）。将归一化差异水指数（NDWI）和土壤调整后的植被指数（SAVI）应用于无人机图像，并以3 m分辨率通过原位野外测量进行校准，以估算表层土壤水分。结果表明，在裸露的土壤上，最适合土壤水分结果的指标在详细范围内为NDVI，NDWI和PDI，而在马铃薯作物上，NDWI是与土壤水分显着相关的指标，与规模无关。多光谱图像和植被指数可以很好地理解热带山区环境中的土壤水分，并使用3 m遥感图像显示出使用NDVI和UAV图像对裸露土壤和马铃薯进行牧场土壤水分分析的良好替代方法。SAVI）应用于无人机影像，并以3 m分辨率通过原位野外测量校准来估算表层土壤湿度。结果表明，在裸露的土壤上，最适合土壤水分结果的指标在详细范围内为NDVI，NDWI和PDI，而在马铃薯作物上，NDWI是与土壤水分显着相关的指标，与规模无关。多光谱图像和植被指数可以很好地理解热带山区环境中的土壤水分，并使用3 m遥感图像显示出使用NDVI和UAV图像对裸露土壤和马铃薯进行牧场土壤水分分析的良好替代方法。SAVI）应用于无人机影像，并以3 m分辨率通过原位野外测量校准来估算表层土壤湿度。结果表明，在裸露的土壤上，最适合土壤水分结果的指标在详细范围内为NDVI，NDWI和PDI，而在马铃薯作物上，NDWI是与土壤水分显着相关的指标，与规模无关。多光谱图像和植被指数可以很好地理解热带山区环境中的土壤水分，并使用3 m遥感图像显示出使用NDVI和UAV图像对裸露土壤和马铃薯进行牧场土壤水分分析的良好替代方法。在详细规模上，最适合土壤水分结果的指标是NDVI，NDWI和PDI，而在马铃薯作物上，NDWI是与土壤水分显着相关的指标，与规模无关。多光谱图像和植被指数可以很好地理解热带山区环境中的土壤水分，并使用3 m遥感图像显示出使用NDVI和UAV图像对裸露土壤和马铃薯进行牧场土壤水分分析的良好替代方法。在详细规模上，最适合土壤水分结果的指标是NDVI，NDWI和PDI，而在马铃薯作物上，NDWI是与土壤水分显着相关的指标，与规模无关。多光谱图像和植被指数可以很好地理解热带山区环境中的土壤水分，并使用3 m遥感图像显示出使用NDVI和UAV图像对裸露土壤和马铃薯进行牧场土壤水分分析的良好替代方法。