[發(fā)明專利]一種基于光譜和紋理特征的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811503090.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109580512A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勇;姜航;徐勁學(xué);李磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天泰坦科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明提出了一種基于光譜和紋理特征的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)遙感監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括：步驟1)在小麥不同生育期，利用無(wú)人機(jī)拍攝的小麥反射率圖像的光譜和紋理特征，構(gòu)建監(jiān)測(cè)小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的光譜紋理指數(shù)；分別建立葉片氮含量和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型，再利用地面采集的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)葉片氮含量監(jiān)測(cè)模型和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型；得到最優(yōu)的小麥葉片氮含量和氮積累量監(jiān)測(cè)模型；步驟2)將無(wú)人機(jī)采集的多光譜數(shù)據(jù)分別輸入最優(yōu)的葉片氮含量監(jiān)測(cè)模型和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型，獲得小麥葉片氮含量和葉片氮積累量。本發(fā)明的方法利用無(wú)人機(jī)多光譜圖像光譜和紋理特征綜合監(jiān)測(cè)小麥冠層葉片氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法易受“飽和效應(yīng)”影響的缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，更具體地，涉及一種基于光譜和紋理特征的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)遙感監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物，也是世界范圍內(nèi)分布最廣、種植面積最多的糧食作物。氮素是小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量最重要的限制營(yíng)養(yǎng)元素，小麥的全氮含量約為干重的0.3-5％，小麥植物內(nèi)氮素參與葉綠素、蛋白質(zhì)、核酸、酶的組成。小麥生長(zhǎng)過(guò)程中，如果氮素缺乏，地上部和根系生長(zhǎng)都受到抑制，繁殖器官的形成和發(fā)育也受到影響，而氮肥施用過(guò)多，過(guò)多的氮肥不能被小麥吸收利用，損失的氮肥大部分進(jìn)入地下水和地表水，造成地下水和地表水中硝態(tài)氮不斷增加，從而導(dǎo)致一系列環(huán)境問(wèn)題。因此，精確氮肥管理不僅可以提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，還可以提高氮肥利用效率、減少施氮過(guò)多造成的地下水污染。故急需探索一種實(shí)時(shí)、便捷、可靠的監(jiān)測(cè)小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的方法。

隨著遙感影像數(shù)據(jù)源不斷豐富以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)一步提高，農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)作物監(jiān)測(cè)的重要手段。傳統(tǒng)的遙感監(jiān)測(cè)小麥氮素營(yíng)養(yǎng)的方法主要是基于單一的光譜特征，單一依靠光譜特征監(jiān)測(cè)小麥氮素營(yíng)養(yǎng)存在“飽和效應(yīng)”，同時(shí)易受“同譜異物”現(xiàn)象影響，從而影響小麥氮素營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提出一種基于圖像光譜和紋理特征的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)遙感監(jiān)測(cè)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于光譜和紋理特征的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)遙感監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括：

步驟1)在小麥不同生育期，利用無(wú)人機(jī)獲取小麥反射率圖像的光譜特征和紋理特征，構(gòu)建監(jiān)測(cè)小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的光譜紋理指數(shù)；利用光譜紋理指數(shù)分別建立葉片氮含量監(jiān)測(cè)模型和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型，再利用地面采集的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)葉片氮含量監(jiān)測(cè)模型和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型；得到最優(yōu)的小麥葉片氮含量和氮積累量監(jiān)測(cè)模型；

步驟2)將無(wú)人機(jī)采集的多光譜數(shù)據(jù)分別輸入最優(yōu)的葉片氮含量監(jiān)測(cè)模型和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型，獲得小麥葉片氮含量和葉片氮積累量。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述步驟1)包括：

步驟1-1)在小麥的不同生育期，獲取農(nóng)田里小麥氮素營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)遙感多光譜數(shù)據(jù)；

步驟1-2)對(duì)無(wú)人機(jī)多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲消除、光暈校正、鏡頭畸變校正、圖像配準(zhǔn)、輻射定標(biāo)預(yù)處理，從而得到小麥反射率圖像；

步驟1-3)基于步驟1-2)的小麥反射率圖像提取多光譜圖像光譜特征和紋理特征，構(gòu)建監(jiān)測(cè)小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的光譜紋理指數(shù)，利用光譜紋理指數(shù)建立葉片氮含量監(jiān)測(cè)模型和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型；

步驟1-4)利用實(shí)測(cè)的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)對(duì)葉片氮含量監(jiān)測(cè)模型和葉片氮積累量監(jiān)測(cè)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，得到最優(yōu)的小麥葉片氮含量和氮積累量監(jiān)測(cè)模型。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述小麥的不同生育期為小麥拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開(kāi)花期或灌漿期。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述步驟1-1)具體包括：