[發(fā)明專利]氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710628132.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN107389573A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙犇;段愛旺;肖俊夫;劉戰(zhàn)東;劉祖貴;秦安振;寧東峰;趙鵬利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11371
• 代理人: 蘇勝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及作物營(yíng)養(yǎng)診斷領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算方法及裝置。

背景技術(shù)

氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)(Nitrogen Nutrition Index，NNI)能全面地反應(yīng)作物氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。傳統(tǒng)的NNI計(jì)算方法需要在田間進(jìn)行破壞性的取樣，但是該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在作物生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行氮營(yíng)養(yǎng)診斷過(guò)程具有滯后性，不利于在大田環(huán)境下實(shí)際應(yīng)用。

目前可以，高光譜遙感以其獨(dú)特的信息獲取優(yōu)勢(shì)(時(shí)間短、效率高、宏觀綜合、自動(dòng)化程度高)正逐漸成為農(nóng)田信息獲取的主要手段，目前普遍采用的是通過(guò)選擇已有的光譜指數(shù)分別反演植株地上部生物量和地上部氮濃度，間接的估算NNI。但是該方法需要選擇多個(gè)光譜指數(shù)計(jì)算NNI，增加了預(yù)測(cè)NNI的誤差，而且所選用的光譜指數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中計(jì)算復(fù)雜，存在較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算方法及裝置，所選取的目標(biāo)光譜指數(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，極大程度地克服了預(yù)測(cè)氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的過(guò)程過(guò)于復(fù)雜并且誤差較大的問(wèn)題，可以快速精確的估測(cè)夏玉米的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明較佳實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明較佳實(shí)施例提供一種氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算方法，用于對(duì)夏玉米的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)進(jìn)行估算，所述方法包括：

獲得夏玉米的初始數(shù)據(jù)，其中，所述初始數(shù)據(jù)包括各個(gè)采樣點(diǎn)的冠層光譜反射率、植株地上部生物量以及地上部氮濃度；

根據(jù)所述初始數(shù)據(jù)計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)；

通過(guò)多個(gè)預(yù)設(shè)擬合函數(shù)分別計(jì)算歸一化光譜指數(shù)與氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)之間的擬合系數(shù)，其中，所述預(yù)設(shè)擬合函數(shù)包括冪函數(shù)、線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及對(duì)數(shù)函數(shù)，所述歸一化光譜指數(shù)通過(guò)一預(yù)設(shè)光譜波段范圍內(nèi)的任意兩個(gè)波段組合得到；

選取計(jì)算得到的最大的擬合系數(shù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)光譜指數(shù)和目標(biāo)擬合函數(shù)；

根據(jù)所述目標(biāo)光譜指數(shù)和所述目標(biāo)擬合函數(shù)生成目標(biāo)氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算模型。

在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述方法還包括：

采用相對(duì)根均方差和相對(duì)誤差對(duì)所述目標(biāo)氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述根據(jù)所述初始數(shù)據(jù)計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的步驟，包括：

獲取在預(yù)設(shè)光譜波段范圍內(nèi)的冠層光譜反射率對(duì)應(yīng)的植株地上部生物量以及地上部氮濃度；

將所述植株地上部生物量輸入到臨界氮濃度稀釋模型計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的臨界氮濃度值；

根據(jù)所述臨界氮濃度值和所述地上部氮濃度計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)。

在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述通過(guò)多個(gè)預(yù)設(shè)擬合函數(shù)分別計(jì)算歸一化光譜指數(shù)與氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)之間的擬合系數(shù)的步驟，包括：

將預(yù)設(shè)光譜波段范圍內(nèi)的預(yù)設(shè)間隔的任意波段進(jìn)行組合得到多個(gè)歸一化光譜指數(shù)；

通過(guò)多個(gè)預(yù)設(shè)擬合函數(shù)分別計(jì)算歸一化光譜指數(shù)與氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)之間的擬合系數(shù)的結(jié)果集，其中，所述結(jié)果集呈矩陣排列；

將所述結(jié)果集中的各個(gè)波段組合的擬合系數(shù)對(duì)應(yīng)的矩陣數(shù)據(jù)繪制成等高線進(jìn)行輸出。

在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述根據(jù)所述目標(biāo)光譜指數(shù)和所述目標(biāo)擬合函數(shù)生成目標(biāo)氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算模型的步驟，包括：

將所述目標(biāo)光譜指數(shù)代入到所述目標(biāo)擬合函數(shù)中生成所述目標(biāo)氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算模型。

本發(fā)明較佳實(shí)施例還提供一種氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算裝置，用于對(duì)夏玉米的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)進(jìn)行估算，所述裝置包括：

獲得模塊，用于獲得夏玉米的初始數(shù)據(jù)，其中，所述初始數(shù)據(jù)包括各個(gè)采樣點(diǎn)的冠層光譜反射率、植株地上部生物量以及地上部氮濃度；

計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述初始數(shù)據(jù)計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)，并通過(guò)多個(gè)預(yù)設(shè)擬合函數(shù)分別計(jì)算歸一化光譜指數(shù)與氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)之間的擬合系數(shù)，其中，所述預(yù)設(shè)擬合函數(shù)包括冪函數(shù)、線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及對(duì)數(shù)函數(shù)，所述歸一化光譜指數(shù)通過(guò)一預(yù)設(shè)光譜波段范圍內(nèi)的任意兩個(gè)波段組合得到；

選取模塊，用于選取計(jì)算得到的最大的擬合系數(shù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)光譜指數(shù)和目標(biāo)擬合函數(shù)；

生成模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)光譜指數(shù)和所述目標(biāo)擬合函數(shù)生成目標(biāo)氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)估算模型。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有以下有益效果：