遥感在作物生长监测中得到了广泛的应用

来源:华文易迅 时间:2023-01-05 09:00:00

稻米(OryzasativaL.)是世界主要粮食作物之一，维系了全世界一半以上人口的生存[1]。水分是反映水稻生理健康状况的一个关键参数，它与胁迫程度密切相关，同时也是影响作物生长发育中光合作用及蒸腾作用的一个重要因素。所以，准确有效地评价稻米水分含量是十分必要的，对水稻育种和田间精确管理都有重要意义。

当前对水稻水分的检测主要是在现场进行取样，这种方法测量数据比较精确，但是劳动强度大，效率低，而且容易破坏水稻的生长环境。由于具有高效率、高精度等优点，遥感在作物生长监测中得到了广泛的应用。一般遥感平台按感知距离分为地面平台、无人机遥感平台和卫星遥感平台等。相对于其它两个平台，卫星遥感平台的覆盖面更广，已被用来评估各种作物的生长参数，例如叶面积指数[7]、盖度[8]、生物量[9]、叶绿素和氮[10]以及产量[5]等。但是，由于卫星遥感平台成像分辨率低，存取周期长，且操作易受天气影响[12]，不适于在小规模农田上进行作物生长监测。地表平台主要利用各种移动车辆和便携式仪器，直接或间接地获取农作物生长参数。地表平台虽然可以提供高分辨率的图像，但是覆盖范围小，工作效率相对低，不能满足现场高通量表型信息获取的需要。

无人机遥感技术近年来发展迅速，并逐步弥补了地面和卫星遥感平台的不足。UAV遥感平台具有快速、准确、方便和可操作等优点[13]：无人机遥感平台能获得较高分辨率的作物冠层图像，可灵活地携带不同的图像传感器(RGB相机、多光谱仪、高光谱摄像机和热红外相机等)来评估各种生长参数，含油菜花数[14]，生物量[1]，产量[15]，叶面积指数[16]，叶绿素[17]和氮[18]等。另外，有研究人员尝试使用无人机遥感平台，评估水分对农作物生长的影响。Espinoza等[19]对无人机用来诊断葡萄水分胁迫状况的无人机高分辨率多光谱和热像仪的潜力进行了研究，结果表明，多光谱和热成像图像信息可以评价葡萄地的水分分布。作物水分胁迫指数(CropWaterStressIndex)，是根据无人机图像计算得出的。CWSI)利用CWSI方法对葡萄生长的水分胁迫进行评价，表明无人机遥感图像对葡萄园水分状况的空间变化有较好的评价作用。扎科-泰贾达等。

无人机遥感影像上的荧光参数、温度、窄波段指数等数据可以评价作物的生长状况，表明无人驾驶飞机可以对作物生长、气孔导度和田间水势等进行评价。

上述研究表明无人机遥感平台在作物水分胁迫评价中具有很大的应用价值，而基于无人机遥感平台对其进行定量评价的研究较少。无人机遥感平台监测水稻生长变化的研究已经开展了一些研究，但往往仅在生育期内进行，未能实现基于无人机遥感平台的水稻整个生长周期监测。UAV遥感影像中不仅含有丰富的光谱信息，而且还含有丰富的纹理特征，可用于描述作物的冠层结构变化，但是，大多数研究仅仅是利用无人机影像上的光谱信息来监测作物的生长，并没有发挥无人机影像的优势。现有的研究表明，当作物冠层厚度较大时，光谱信息(植被指数或反射率)易发生饱和，而融合光谱信息和图像纹理特征能在一定程度上克服饱和问题。

在此基础上，主要采用了无人飞机的RGB和多光谱图像中的植被指数和纹理特征来评价稻米水分。为更有效地描述水稻水分的动态变化，本研究收集了水稻全生长期水分含量及无人机遥感影像数据。根据各特征的特点，对水稻水分预测精度进行比较，最后将全部特征融合在图像特征预测中，提高了含水率预测效果。