[發明專利]一種作物冠層氮素監測方法及系統

有效

• 申請號: 202110185232.9
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN113029971B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 徐新剛;孟煬;李振海;楊貴軍;楊小冬;龍慧靈;徐波;馮海寬
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 聶俊偉

1.一種作物冠層氮素監測方法，其特征在于，包括：

同步獲取待監測區域的RGB圖像和多光譜圖像；

根據所述RGB圖像，確定多光譜影像作物像元的植被覆蓋度；

根據所述多光譜圖像，確定多光譜影像作物像元的光譜植被指數；

利用所述植被覆蓋度和光譜植被指數計算覆蓋度調節光譜指數，基于所述覆蓋度調節光譜指數構建作物冠層氮素遙感監測模型，生成待監測區域像元尺度的作物冠層氮素含量空間分布圖；

在同步獲取待監測區域的RGB圖像和多光譜圖像之前，預先在所述待監測區域內均勻布設多個地面控制點；

相應地，在同步獲取待監測區域的RGB圖像和多光譜圖像之后，還包括：

對所述多光譜圖像進行輻射定標，獲取地表反射率圖像；

基于SIFT特征匹配算法，分別對所述RGB圖像進行拼接得到RGB影像、對所述地表反射率圖像進行拼接得到多光譜影像；

以所述RGB影像為基準影像，利用所述地面控制點，對所述多光譜影像進行幾何校正處理，得到幾何校正后的多光譜影像；

在得到所述RGB影像之后，確定多光譜影像作物像元的植被覆蓋度，包括：

對所述RGB影像進行HSV影像增強處理，得到待監測區域的HSV影像；

基于支持向量機或隨機森林分類方法，對所述HSV影像中的作物種植田塊進行分類識別，得到RGB作物分類圖；

以所述RGB作物分類圖作為掩膜層，對所述幾何校正后的多光譜影像進行掩模運算，得到作物多光譜影像；所述作物多光譜影像為多光譜影像中僅包含作物空間分布范圍的多光譜影像；

基于柵格-矢量相互轉換和空間統計分析技術，根據所述多光譜影像作物像元的面積，以及每個多光譜影像作物像元所覆蓋空間范圍內對應的RGB作物分類圖中多個作物像元的面積累計值，確定所述多光譜影像作物像元的植被覆蓋度；

利用所述植被覆蓋度和光譜植被指數計算覆蓋度調節光譜指數，基于所述覆蓋度調節光譜指數構建作物冠層氮素遙感監測模型，生成待監測區域像元尺度的作物冠層氮素含量空間分布圖，包括：

根據所述多光譜影像作物像元的植被覆蓋度和光譜植被指數，確定覆蓋度調節光譜指數，并生成覆蓋度調節光譜指數影像圖層；

基于Lasso回歸方法，對所述待監測區域內實測樣本點的作物冠層氮素含量與所述實測樣本點所在的空間位置的覆蓋度調節光譜指數進行回歸建模分析，建立所述作物冠層氮素遙感監測模型；

將所述覆蓋度調節光譜指數影像圖層輸入至作物冠層氮素遙感監測模型，生成待監測區域像元尺度的作物冠層氮素含量空間分布圖。

2.根據權利要求1所述的作物冠層氮素監測方法，其特征在于，所述多光譜影像作物像元的植被覆蓋度計算公式為：

其中，為所述多光譜影像作物像元的植被覆蓋度；為多光譜影像作物像元的面積；為每個多光譜影像作物像元所覆蓋空間范圍內對應的RGB作物分類圖中的多個作物像元的面積累計值。

3.根據權利要求1所述的作物冠層氮素監測方法，其特征在于，確定待監測區域內所述多光譜影像作物像元的光譜植被指數，包括：

在得到所述多光譜影像的情況下，計算與所述多光譜影像波段相關的多個光譜植被指數；

所述光譜植被指數包括以下至少一項：所述多光譜影像在不同波段的地表反射率、歸一化差值植被指數、比值植被指數、差值植被指數、增強型植被指數、土壤調節植被指數、紅邊指數。

4.根據權利要求1所述的作物冠層氮素監測方法，其特征在于，根據所述多光譜影像作物像元的植被覆蓋度和光譜植被指數，確定覆蓋度調節光譜指數，計算公式為：

其中，為所述覆蓋度調節光譜指數，為所述光譜植被指數，為所述植被覆蓋度。