[發(fā)明專利]一種無人機(jī)載的太赫茲波及高光譜遙感農(nóng)作物監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811089358.0
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109187417B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張良
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市奧譜太赫茲技術(shù)研究院
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/25
• 代理公司: 佛山覽眾深聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44435
• 代理人: 劉先珍

1.一種無人機(jī)載的太赫茲波及高光譜遙感農(nóng)作物監(jiān)測系統(tǒng)，包括硬件平臺和監(jiān)測方法；其特征在于：所述硬件平臺為無人機(jī)，且所述無人機(jī)內(nèi)搭載太赫茲反射光譜成像系統(tǒng)和被動式高光譜成像儀器，所述太赫茲反射光譜成像系統(tǒng)包括主動式太赫茲源、太赫茲相機(jī)和太赫茲成像儀；所述太赫茲源發(fā)射太赫茲波至農(nóng)作物及地表間，所述太赫茲相機(jī)接收太赫茲波在農(nóng)作物及地表間經(jīng)過多次反射、折射、透射及吸收并最終形成太赫茲波在農(nóng)作物至地表空間中的空間分布反射波數(shù)據(jù)，所述太赫茲相機(jī)將反射波數(shù)據(jù)傳輸?shù)教掌澇上駜x中，并形成對應(yīng)的太赫茲波成像數(shù)據(jù)，所述監(jiān)測方法包括如下方法：

方法1：作物新陳代謝速度的太赫茲波及高光譜監(jiān)測方法；通過主動式太赫茲源發(fā)射太赫茲波，并通過太赫茲波測量從太陽出來前的氧氣(O₂)及同位素¹⁷OCO和¹⁸OCO的含量，同時(shí)通過被動式高光譜成像儀在波長2050nm附近測量二氧化碳(CO₂)的含量，以及太陽出來后一或兩個(gè)小時(shí)的含量變化；由此算出農(nóng)作物新陳代謝的速度，從而判斷作物是否健康；同時(shí)利用現(xiàn)有商用的氧氣和二氧化碳測量儀作為輔助檢測手段，與方法1數(shù)據(jù)進(jìn)行相互校驗(yàn)，得到準(zhǔn)確的作物新陳代謝速度；

方法2：作物及其土壤中含水量的太赫茲波監(jiān)測方法；在農(nóng)作物周圍空氣濕度較低時(shí)，通過太赫茲成像儀中的采集水分含量在太赫茲波段的成像數(shù)據(jù)，可以監(jiān)測農(nóng)作物中及其土壤中的含水量，進(jìn)而評估農(nóng)作物缺水程度；

方法3：作物養(yǎng)分的太赫茲波監(jiān)測方法；通過太赫茲成像儀中的采集農(nóng)作物光譜信息對比被動式高光譜成像儀中的光譜信息，在特征吸收峰上是否存在著較大差異，進(jìn)一步判斷作物是否缺少養(yǎng)分；

方法4：作物蟲害及健康狀況的太赫茲波及高光譜監(jiān)測方法；結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，通過太赫茲成像儀采集蟲害發(fā)病率高峰期的各個(gè)階段的定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測作物中的葉綠素的含量和不同時(shí)段的變化，創(chuàng)建農(nóng)作物光譜生長過程中的反射率，通過對比太赫茲光譜數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)階段農(nóng)作物的平均反射率及吸收數(shù)據(jù)來判斷農(nóng)作物是否受病害脅迫；

所述方法1包括方法1-1，方法1-2和方法1-3；所述方法1-1為：氧氣(O₂)、二氧化碳(CO₂)含量的輔助測量手段；所述方法1-2為：對二氧化碳(CO₂)含量的太赫茲波及高光譜成像辦法；所述方法1-3為：對氧氣(O₂)含量的太赫茲波及高光譜成像辦法；所述方法2具體表現(xiàn)為：農(nóng)作物周圍及地表的水份測量；所述方法3具體表現(xiàn)為：農(nóng)作物農(nóng)學(xué)參數(shù)測量；所述方法4具體表現(xiàn)為：太赫茲波用以檢測農(nóng)作物蟲害狀況；

還包括監(jiān)測步驟，所述監(jiān)測步驟為：

步驟1：采集與制作具有不同脫水程度的農(nóng)作物和受害蟲/疾病脅迫的農(nóng)作物樣品，利用太赫茲成像儀分析提取特征信息并且儲存到太赫茲光譜數(shù)據(jù)庫中；太赫茲光譜數(shù)據(jù)庫中包含了收集有不同脫水程度或受蟲害迫害的農(nóng)作物樣品在太赫茲波段存在的特征吸收峰，以及作物營養(yǎng)物和害蟲身體在太赫茲波段的特征吸收峰；實(shí)驗(yàn)室測量和校準(zhǔn)的樣品數(shù)據(jù)信息，以及每個(gè)階段作物的平均反射率數(shù)據(jù)；

步驟2：利用主動式太赫茲源對農(nóng)作物目標(biāo)進(jìn)行太赫茲輻射，并且記錄反射光譜，并且按順序分析作物周圍的氧氣(O₂)和二氧化碳(CO₂)的含量，作物中水分的含量，以及是否存在可能蟲害：對采集到農(nóng)作物光譜信息與光譜數(shù)據(jù)庫中的高光譜在特征吸收峰進(jìn)行比對，如果存在較大差異，則進(jìn)一步判斷是否由缺少某特定養(yǎng)分所致；

步驟3：按照指定的時(shí)間間隔采集數(shù)據(jù)，從太陽出來前的水分含量開始，每兩個(gè)小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)，監(jiān)測作物中的含水量和不同時(shí)段的變化，得到農(nóng)作物中水分的擴(kuò)散圖像，提取平均擴(kuò)散系數(shù)，觀察局部和各向異性變化的擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而評估水化程度；

步驟4：按照指定的時(shí)間間隔采集數(shù)據(jù)，從太陽出來前的氧氣(O₂)和二氧化碳(CO₂)的含量以及出來后一、兩個(gè)小時(shí)的含量變化，由此算出作物新陳代謝的速度，從而判斷作物是否健康；同時(shí)利用現(xiàn)有商用的氧氣和二氧化碳測量儀作為輔助檢測手段，與太赫茲波測量方法相互校驗(yàn)，得到準(zhǔn)確的作物新陳代謝速度；

步驟5：結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，采集蟲害發(fā)病率高峰期的各個(gè)階段，每兩個(gè)小時(shí)采集數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測作物中的葉綠素的含量和不同時(shí)段的變化，創(chuàng)建農(nóng)作物光譜生長過程中的反射率，通過對比光譜數(shù)據(jù)庫的反射率來判斷作物否受病害脅迫；

步驟6：無人機(jī)返航后，所有的數(shù)據(jù)備份到數(shù)據(jù)中心，并且生成檢測報(bào)告和報(bào)表，對相應(yīng)數(shù)據(jù)做出解釋。