[發(fā)明專利]一種作物冠層氮素監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110185232.9
• 申請(qǐng)日: 2021-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN113029971B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心
• 主分類號(hào): G01N21/25
• 分類號(hào): G01N21/25
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 聶俊偉

本發(fā)明提供的作物冠層氮素監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，包括：同步獲取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的RGB圖像和多光譜圖像；根據(jù)RGB圖像確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域的植被覆蓋度；根據(jù)多光譜圖像確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域的光譜植被指數(shù)；利用植被覆蓋度和光譜植被指數(shù)計(jì)算覆蓋度調(diào)節(jié)光譜指數(shù)，基于覆蓋度調(diào)節(jié)光譜指數(shù)構(gòu)建作物冠層氮素遙感監(jiān)測(cè)模型，生成待監(jiān)測(cè)區(qū)域像元尺度的作物冠層氮素含量空間分布圖。本發(fā)明提供的作物冠層氮素監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，充分利用了RGB影像的高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)和多光譜影像的高光譜分辨率的優(yōu)勢(shì)，可有效消除土壤背景的抑制作用，顯著改善作物氮素的遙感估測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)了像元尺度的作物氮素遙感空間監(jiān)測(cè)，可為田間精準(zhǔn)變量施肥決策提供空間信息技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種作物冠層氮素監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氮素是作物生長(zhǎng)需求量最大的營養(yǎng)元素，氮素營養(yǎng)的豐缺直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育過程和產(chǎn)量品質(zhì)的最終形成。對(duì)作物冠層氮素營養(yǎng)狀況進(jìn)行大范圍、快速和準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)，有助于田間氮肥施用的變量精準(zhǔn)決策，對(duì)提高氮肥利用效率和減少過量施氮對(duì)農(nóng)田環(huán)境造成的污染具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

常規(guī)作物冠層氮素的檢測(cè)，通常采用田間取樣、實(shí)驗(yàn)化驗(yàn)等方式，檢測(cè)不僅成本高而且耗時(shí)費(fèi)力，具有破壞性和滯后性，氮營養(yǎng)診斷也局限于有限的樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，不能獲取大面積、實(shí)時(shí)的田間作物氮營養(yǎng)空間變化信息。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來無人機(jī)遙感技術(shù)的快速發(fā)展，借助于無人機(jī)平臺(tái)搭載不同光學(xué)傳感器對(duì)作物氮素營養(yǎng)組分進(jìn)行大面積、無損和快速的遙感監(jiān)測(cè)，已成為當(dāng)前田間作物長(zhǎng)勢(shì)營養(yǎng)診斷應(yīng)用的熱點(diǎn)。

目前，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)作物冠層氮素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通常采用無人機(jī)上搭載單一類型傳感器所獲取的遙感影像來監(jiān)測(cè)評(píng)估作物氮素狀況，通常使用的是具有不同空間和光譜分辨率的高清數(shù)碼RGB影像和多光譜影像。但采用單一類型無人機(jī)傳感器所獲取的影像監(jiān)測(cè)評(píng)估作物冠層氮素，未能發(fā)揮不同傳感器影像間的光譜和空間分辨率的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。

無人機(jī)高清數(shù)碼RGB影像具有很高的空間分辨率，可以很清晰識(shí)別田間作物、土壤等類型，甚至是作物的莖、葉和穗等器官，但由于其波段少，光譜分辨率低，監(jiān)測(cè)作物的生理生化組分如氮素、色素等指標(biāo)時(shí)，則探測(cè)能力明顯不足。

而多光譜影像則相反，由于具有相對(duì)較高的光譜分辨率，對(duì)作物組分諸如氮素、葉綠素含量等指標(biāo)探測(cè)敏感性高，但由于多光譜傳感器涉及較多的光譜波段，為避免獲取的數(shù)據(jù)量過于龐大，往往會(huì)降低影像的空間分辨率，與相同飛行高度下獲取的高清RGB影像相比，多光譜影像分辨地面目標(biāo)的清晰度明顯降低。

因此，如何充分發(fā)揮利用兩類無人機(jī)遙感影像的空間和光譜分辨率的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，是提高作物氮素營養(yǎng)無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)精度所要解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種作物冠層氮素監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種作物冠層氮素監(jiān)測(cè)方法，包括：同步獲取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的RGB圖像和多光譜圖像；根據(jù)RGB圖像，確定多光譜影像作物像元的植被覆蓋度；根據(jù)多光譜圖像，確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)多光譜影像作物像元的光譜植被指數(shù)；利用植被覆蓋度和光譜植被指數(shù)計(jì)算覆蓋度調(diào)節(jié)光譜指數(shù)，基于覆蓋度調(diào)節(jié)光譜指數(shù)構(gòu)建作物冠層氮素遙感監(jiān)測(cè)模型，生成待監(jiān)測(cè)區(qū)域像元尺度的作物冠層氮素含量空間分布圖。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種作物冠層氮素監(jiān)測(cè)方法，在同步獲取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的RGB圖像和多光譜圖像之前，預(yù)先在待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)多個(gè)地面控制點(diǎn)；

相應(yīng)地，在同步獲取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的RGB圖像和多光譜圖像之后，還包括：

對(duì)多光譜圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)，獲取地表反射率圖像；基于SIFT特征匹配算法，分別對(duì)RGB圖像進(jìn)行拼接得到RGB影像，對(duì)地表反射率圖像進(jìn)行拼接得到多光譜影像；以RGB影像為基準(zhǔn)影像，利用地面控制點(diǎn)，對(duì)多光譜影像再進(jìn)行幾何校正處理，得到幾何精校正后的多光譜影像。