[發明專利]一種基于高光譜遙感的甘蔗糖分預測方法

有效

• 申請號: 201410039728.5
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103760114A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 林興志;潘翔
• 申請（專利權）人: 林興志;廣西卡西亞科技有限公司
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 廣西南寧匯博專利代理有限公司 45114
• 代理人: 鄧曉安

技術領域

本發明涉及一種農作物成分的分析預測方法，具體涉及了一種基于高光譜遙感的甘蔗糖分預測方法。

背景技術

高光譜遙感是在電磁波譜的可見光、近紅外、中紅外和熱紅外波段范圍內，獲取許多非常窄的光譜連續的影像數據的技術，可以收集到上百個非常窄的光譜波段信息。高光譜遙感是當前遙感技術的前沿領域，它利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲得有關數據，包含了豐富的空間、輻射和光譜三重信息。該技術被廣泛應用于地質調查、植被研究、災害監測等領域。

甘蔗糖分預測是在蔗糖榨季生產之前，對新榨季的甘蔗蔗糖分進行預測。在生產上，每年的榨季開始前，糖廠都要進行榨季生產的準備工作，包括安排砍運、生產、準備輔料等。上級主管部門也要下達蔗糖生產任務與各項經濟技術指標。上述工作都要依據于農務部門對蔗區甘蔗糖分的預測。因此這是蔗糖生產中的一個關鍵環節，對甘蔗的優化收割和蔗糖生產有重要影響。

已有的研究表明，氣候因素（降雨量、日照程度、溫度）、甘蔗品種與植期、土壤質量等因素對甘蔗糖分的影響較大。據此建立了多種糖分預測模型，如基于榨季的氣象糖分預測模型，二次曲線模型、分段Logistic模型等。現有的模型多是針對某一個或兩個影響因素進行研究，預測時有較大的局限性。且數據來源僅僅是某一區域的幾個糖廠，甚至是某一個糖廠，基礎數據沒有普遍性。高光譜遙感的大面積數據采集，不受氣候影響，不需人工干預，十分適用于農業數據的采集。而基于高光譜遙感的甘蔗糖分預測技術在國內還是空白，研究相關方法和技術具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術應用領域的空白和功能不夠全面的不足，提供了一種流程簡單、使用方便、安全可靠的基于高光譜遙感的甘蔗糖分預測方法。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于高光譜遙感的甘蔗糖分預測方法，包括以下步驟：

步驟一，在管理中心平臺上架設甘蔗糖分預測分析系統，該系統包括數據服務器、衛星信息接收模塊、光譜分析模塊、糖分預測建模模塊和糖分預測模塊；在數據服務器中設有遙感信息庫、甘蔗信息庫、糖分歷史庫、預測模型庫和氣候信息庫；

步驟二，采集基礎數據并傳輸給數據服務器中相應的信息庫進行存儲，包括通過衛星信息接收模塊從遙感衛星地面接收站獲取的蔗區的海量歷史高光譜遙感數據（存入遙感信息庫）、從蔗區所在地的氣象站獲取的氣候信息（存入氣候信息庫）、由蔗區農業部門提供的甘蔗基本信息（存入甘蔗信息庫）和由蔗區的各個糖廠提供的歷史糖分數據（存入糖分歷史庫）；

步驟三，糖分預測建模模塊讀取數據服務器中相應的基礎數據進行分析處理，然后建立相應的糖分預測模型并存儲到預測模型庫中，糖分預測模型包括基礎糖分分析子模型、氣候糖分分析子模型、土壤糖分分析子模型和環境糖分分析子模型；

步驟四，糖分預測模型建立好后，甘蔗糖分預測分析系統開始對相應蔗區的糖分進行分析預測，輸出砍運方案；具體為：當榨季開始前，需要對糖分進行預測時，首先采集實時數據，包括由衛星信息接收模塊從遙感衛星地面接收站獲取最新的高光譜遙感數據和從蔗區所在地的氣象站獲取最新的氣候信息；

（1）衛星信息接收模塊將高光譜遙感數據傳輸給光譜分析模塊進行分析處理，光譜分析模塊計算出植被指數和土壤信息，包括歸一化植被指數、葉面積指數、土壤的含水量、有機質含量和礦物質含量；然后傳輸給糖分預測模塊；

（2）糖分預測模塊從甘蔗信息庫中提取出要預測相應蔗區的甘蔗基礎信息，通過品種和植期計算出生長期和具體生長階段，由歸一化植被指數計算出種植密度，然后將甘蔗品種、植期、生長周期、種植密度和宿根年份輸入基礎糖分分析子模型，經由模型的分析處理出基礎糖分預測值；

糖分預測模塊從最新的氣候信息中提取出晝夜溫差、降雨量和光照度數據并輸入到氣候糖分分析子模型中，經過分析處理后得到氣候糖分預測值；

糖分預測模塊將土壤的含水量、有機質含量和礦物質含量輸入土壤糖分分析子模型，分析處理出土壤糖分預測值；

糖分預測模塊通過歸一化植被指數與葉面積指數計算出光合作用量和輻射量，并將光合作用量和輻射量輸入環境糖分分析子模型中，經過分析處理后得到環境糖分預測值；

（3）將（2）中的基礎糖分預測值、氣候糖分預測值、土壤糖分預測值和環境糖分預測值分別與各自對應的影響因子相乘，所得乘積進行求和，得到最終的糖分預測值；