“多光譜+無人機(jī)”進(jìn)行農(nóng)作物生長狀態(tài)監(jiān)測(cè)

一、前言

1、背景介紹

馬鈴薯是三大主糧外重要的糧食作物，我國作為世界馬鈴薯總產(chǎn)最高的國家，截止2018年，我國馬鈴薯產(chǎn)量達(dá)1798.37萬噸，馬鈴薯播種面積達(dá)4758.07千公頃。

馬鈴薯種植存在面積大、病害傳播時(shí)間短且表征不明顯的特點(diǎn)，故在馬鈴薯種植過程中進(jìn)行周期性生長狀態(tài)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)反饋馬鈴薯生長中的外界因素脅迫，便于迅速調(diào)整生產(chǎn)管理策略，對(duì)馬鈴薯的保質(zhì)保量生產(chǎn)具有重要意義。

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2. 行業(yè)痛點(diǎn)

目前農(nóng)作物生長狀態(tài)監(jiān)測(cè)的痛點(diǎn)主要為：

【1】人工勘察：大量依賴農(nóng)事經(jīng)驗(yàn)，尤其對(duì)于大面積種植田，人力、物力耗費(fèi)消耗較大，難以適應(yīng)周期性頻繁監(jiān)測(cè)；

【2】衛(wèi)星遙感：衛(wèi)星數(shù)據(jù)存在滯后性且易受云層影響，尤其對(duì)于突發(fā)的、細(xì)微的田間變化，衛(wèi)星遙感無法及時(shí)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

【3】可見光遙感：只能在出現(xiàn)較明顯外觀表征情況下才可判斷長勢(shì)，無法在馬鈴薯長勢(shì)變化初中期進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

3. 多光譜遙感優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)載多光譜遙感以無人機(jī)平臺(tái)為依托，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、環(huán)境要求低、作業(yè)效率高的特點(diǎn)，多光譜成像較可見光能夠獲得目標(biāo)更加豐富的光譜遙感信息，符合低成本、高分辨率、高頻動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的任務(wù)模式，依托特定的光譜反演算法可及時(shí)進(jìn)行長勢(shì)分析。

二、項(xiàng)目介紹

本次項(xiàng)目位于河北省張家口市某馬鈴薯種植基地，主要進(jìn)行馬鈴薯的長勢(shì)分析與品種分類等工作。

項(xiàng)目作業(yè)采用大疆M210 四旋翼無人機(jī)，搭載未來智能MS600 Pro系列多光譜相機(jī)和大疆XT2可見/熱紅外雙光相機(jī)，具體如下圖所示。

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三、作業(yè)流程

本次旨在通過無人機(jī)多光譜遙感平臺(tái)獲取目標(biāo)區(qū)域多光譜數(shù)據(jù)，通過馬鈴薯冠層光譜信息構(gòu)建植被指數(shù)，并通過光譜、紋理等信息組合，綜合反映馬鈴薯生長狀態(tài)，作業(yè)流程如下圖所示。

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四、作業(yè)環(huán)境

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五、飛行參數(shù)

六、架次及數(shù)據(jù)量

本次項(xiàng)目共有3個(gè)地塊測(cè)區(qū)，共計(jì)飛行3個(gè)架次；總飛行時(shí)間約1.5小時(shí)；總數(shù)據(jù)量8.9G。

七、數(shù)據(jù)處理

本項(xiàng)目中無人機(jī)遙感平臺(tái)獲取的多光譜數(shù)據(jù)由未來智能自主研發(fā)的多光譜數(shù)據(jù)反演軟件航空遙感軟件進(jìn)行預(yù)處理。多光譜數(shù)據(jù)反演軟件可實(shí)現(xiàn)基于影像POS信息和特征相結(jié)合的無人機(jī)遙感影像快速拼接算法，多通道光譜影像的亞像素級(jí)配準(zhǔn)、多景影像的實(shí)時(shí)拼接及輻射定標(biāo)，生成具有地表真實(shí)反射率的冠層正射影像，部分處理過程如下圖所示。

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【多光譜數(shù)據(jù)反演軟件圖像拼接預(yù)處理】

八、示范成果

【1號(hào)地塊馬鈴薯區(qū)域長勢(shì)監(jiān)測(cè)成果】

上圖所示為本次項(xiàng)目1號(hào)地塊，該地塊馬鈴薯為晚熟品種，正處于發(fā)棵期，植株處于快速生長階段，整體長勢(shì)中等且種植整齊，僅有少量長勢(shì)較差區(qū)域分布于地塊東南角。

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【2號(hào)地塊馬鈴薯區(qū)域長勢(shì)監(jiān)測(cè)成果】

上圖為2號(hào)地塊，使該地區(qū)馬鈴薯曾遭受凍害，使用基于植被指數(shù)為因子的長勢(shì)監(jiān)測(cè)模型，從圖中可直觀地看出測(cè)區(qū)內(nèi)南部有大片的紅色區(qū)域，即馬鈴薯長勢(shì)較差區(qū)域，多為綠色區(qū)域長勢(shì)正常，表明北部馬鈴薯受凍害影響較小。

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