[發明專利]基于無人機影像的SENP棉花產量估算方法及估算模型構建方法

有效

• 申請號: 202010043187.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111275567B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 郭鵬;江巖;鮑健;徐權;周皓
• 申請（專利權）人: 新疆疆天航空科技有限公司;石河子大學
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;G06Q10/06;G06Q10/04;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 烏魯木齊恒智專利商標代理事務所(普通合伙) 65102
• 代理人: 馬秀梅;李伯勤

1.一種基于無人機影像的SENP棉花產量估算模型構建方法，其特征在于，包含以下步驟：

S1：選擇多個樣區，該樣區包含試驗區和驗證區；

S2：在棉花出苗期，利用無人機獲取樣區高分辨率的可見光遙感影像數據，并將獲取的可見光遙感影像數據輸入U-Net模型以提取單株棉花苗在樣區的空間位置圖和棉花苗總株數；

S3：在棉花生育關鍵期，利用無人機獲取樣區內不同時期的多次多光譜數據并計算出每一次多光譜數據對應的NDVI指數圖，獲取每個試驗區每一次的NDVI指數圖并獲取每一次NDVI指數圖對應的NDVI指數均值，將每一次NDVI指數均值分別與實測的試驗區棉花實際產量進行擬合分析得到棉花在生育關鍵期的綜合NDVI指數；獲取每個試驗區的綜合NDVI指數均值，并將每個試驗區的綜合NDVI指數取均值后分別與實測的對應試驗區單株棉花的平均成鈴數進行相關分析和回歸分析得到以綜合NDVI指數為自變量的單株成鈴數估算回歸模型，將該單株成鈴數估算回歸模型與實測的單個成鈴的平均單鈴重結合得到樣區內單株棉花的預測產量模型；

S4：構建樣區內棉花的吐絮系數模型，該吐絮系數模型為：，

其中，為吐絮系數，為樣區數量，為每個樣區已吐絮成鈴數，為樣區總成鈴數，為比例系數，該比例系數的計算方法為：，為樣區未吐絮棉鈴的實測產量，為樣區單鈴均值重量；

S5：利用S2中提取的樣區內棉花苗總株數、S3中單株棉花的預測產量模型以及S4中棉花的吐絮系數模型創建SENP棉花產量估算模型。

2.如權利要求1所述的基于無人機影像的SENP棉花產量估算模型構建方法，其特征在于，在步驟S2中，利用U-Net模型提取單株棉花苗在樣區的空間位置圖和棉花苗總株數的過程包含訓練階段和計算階段；

訓練階段包含將獲取的所有可見光遙感影像數據和設置的真實標簽組成訓練樣本輸入U-Net模型中進行特征深度學習，得到預測概率分布圖，然后采用交叉熵函數衡量計算結果與真實標簽之間的損失值，采用Adam優化算法以縮小損失值為目標，不斷迭代更新U-Net模型中的超級參數直至損失值縮小至給定的閾值范圍內則訓練結束，得到最優的U-Net模型；

計算階段包含利用已訓練好的U-Net模型對待處理的單株棉花苗在樣區的空間位置和棉花苗總株數進行獲取，得到最終結果。

3.如權利要求1所述的基于無人機影像的SENP棉花產量估算模型構建方法，其特征在于，在步驟S3中，獲取每個試驗區每一次的NDVI指數圖，并根據NDVI指數圖獲取對應的NDVI指數均值后分別與實測的試驗區棉花實際產量進行擬合分析得到棉花在生育關鍵期的綜合NDVI指數的步驟包含：

S41：根據實驗樣區所在空間位置的矢量邊界對多個NDVI指數圖進行裁剪，得到每個試驗區多組NDVI指數圖，根據多組NDVI指數圖可計算出每個試驗區每組NDVI指數圖對應的NDVI指數均值，具體計算方式為： ，

其中，表示NDVI指數均值，表示試驗區中每組NDVI指數圖中每個像元的NDVI值，表示試驗區中每組NDVI指數圖中像元的個數；

S42：將每個試驗區每組NDVI指數均值與實測的試驗區棉花實際產量之間進行相關分析，得到棉花在生育關鍵期的多組NDVI指數均值與棉花實際產量的相關系數，將得到的多組相關系數進行歸一化處理繼而得到每組NDVI指數均值在棉花生長狀態指數計算中的權重系數，具體計算方式為：，其中，為不同組NDVI指數均值在棉花生長狀態指數計算中的權重系數，為不同組NDVI指數均值與棉花實際產量的相關系數值，為多光譜數據的采集次數；

S43：將采集的每次NDVI指數與其對應的權重系數進行乘積，然后將多個乘積加權求和即可得到棉花在生育關鍵期的綜合NDVI指數，具體計算公式為：，

式中，表示綜合NDVI指數，表示不同次的NDVI指數結果，為不同組NDVI指數均值在棉花生長狀態指數計算中的權重系數，為多光譜數據的采集次數。

4.如權利要求1所述的基于無人機影像的SENP棉花產量估算模型構建方法，其特征在于，在步驟S3中，在獲取每個試驗區的綜合NDVI指數取平均值之前，利用實驗樣區所在空間位置的矢量邊界對綜合NDVI指數圖進行裁剪，得到每個試驗區的綜合NDVI指數圖。