[發明專利]基于無人機影像的山區農作物生長高度快速測量的方法

在審

• 申請號: 201610874108.2
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106643529A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 陳穎鋒;王玉寬;傅斌;徐佩
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 成都知集市專利代理事務所(普通合伙)51236
• 代理人: 王慶海

技術領域

本發明涉及農業監測技術領域，具體涉及到一種基于無人機影像的山區農作物生長高度快速測量的方法。

背景技術

農作物的長勢監測是農業生產活動中的一項重要工作，其目的是為作物的早期估產提供重要依據，同時為田間管理提供可靠的信息。快速有效地獲取農作物的長勢信息，可以在減少人工勞動工作量的同時提高種植效率，并降低種植成本。作為長勢的重要信息，作物生長高度是衡量生長速度、進行農業估產、表征抗倒能力的重要指標，同時對聯合收割機的割臺高度自動調整系統和機械化噴藥的位置控制系統等田間管理活動十分重要。對于株高的測量，最常使用人工法。這種方法結果較為精確，但耗費大量人工時間，在進行大范圍監測的時候效率極低。目前已有諸多學者對農作物高度測量的理論和方法進行了研究和改進，取得了一定的成果，其中主要有波測法和圖像處理法兩種方法。

例如現有技術中已經公開的中國專利CN200810059040.8，公開了一種農作物植株高度的檢測方法，具體步驟如下：

1)光電掃描系統連續掃描農作物，采用自上而下地掃描光接收器的狀態，從提取當前位置植株的邊緣高度數據；

2)用曲線擬合這組高度數據，獲得農作物頂部的輪廓線；

3)計算農作物頂部輪廓線的波峰，作為對應農作物的植株高度，同時記下波峰所在的位置。光電掃描系統由一組豎直排列的光發生器和對應的光接收器組成，它們分別安裝在農作物植株的兩側。曲線擬合采用B-樣條曲線、Bezier曲線或多項式曲線擬合一組高度數據，獲得農作物頂部的輪廓線，然后計算輪廓線的波峰作為相對應的植株高度，同時記下波峰所在的位置。

波測法是將雷達或聲波技術用于測量作物生長高度的研究中，雖然精度較高，但這種方法一般需要用到造價較高的設備，因此測量成本也相應提高；圖像處理法使用傳統的光學儀器或者飛行器獲取圖像信息，通過人機交互的方式進行作物高度的提取，該方法相比于波測法具有較低的使用成本。目前，圖像處理法正向使用機器視覺和遠程監控的方向發展。機器視覺就是用各種成像系統代替視覺器官作為輸入手段，由計算機來代替人腦完成處理和解釋，目前已有運用了此法得出較好的作物高度的結果。目前，該方法對于測量單株作物的高度效果較好，但對于大片農作物的平均長勢測量，該方法仍需改進，并且目前只適用于地勢平坦的平原區耕地，對于地形復雜且地塊較為破碎的山區耕地，目前尚未有較好的方法可以進行高效率的農作物生長高度快速測量。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于無人機影像的山區農作物生長高度快速測量的方法；本方法可以對平原地區或者非平原地區大面積農作物生長區的植株高度進行高效的監測。

為達上述目的，本發明的一個實施例中提供了一種基于無人機影像的山區農作物生長高度快速測量的方法，包括以下步驟：

S1、采集所有地面控制點的地理坐標以及地表高程值H；地面控制點設置在待測農作物的生長區域；

S2、利用飛行器采集農作物在生長初始時生長區域的原始影像P1以及在測量農作物高度時的測量影像P2，該原始影像P1和測量影像P2中包括含有地面控制點的影像；

S3、通過原始影像P1和測量影像P2上的地面控制點與步驟S1采集到的地理坐標和高程值一一對應將影像對齊，建立高程密集點云，分別生成地面拼接影像和數字地表模型數據；

S4、根據數字地表模型生成農作物生長區域的三維模型，并從三維模型中提取生長區域農作物的平均最小高程值作為裸土高程值H_min；從三維模型中提取的單株農作物平均最大高程值作為農作物的測量高程值H_max；

S5、輸出農作物的生長高度H＝H_max－H_min。

優選的，飛行器為無人機，無人機的飛行高度為50m，飛行器分別從生長區域的正東、東南、正南、西南、正西、西北、正北、東北和中心位置進行俯拍，每個方向獲得至少9張影像

優選的，飛行器進行航空攝影測量時要求60％的側向重疊和80％的航向重疊。

本發明的一個實施例中提供了一種基于無人機影像的山區農作物生長高度快速測量的方法，包括以下步驟：

S11、采集所有地面控制點的地理坐標以及地表高程值H；地面控制點設置在待測農作物的生長區域；

S12、利用飛行器采集農作物在生長初始時生長區域的原始影像P1以及在測量農作物高度時的測量影像P2，該原始影像P1和測量影像P2中包括含有地面控制點的影像；