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設(shè)備與工具2023年8月27日，青島農(nóng)業(yè)大學園藝學院丁兆堂教授團隊在Computers and Electronics in Agriculture (中科院1區(qū)TOP期刊，IF = 8.3)發(fā)表了題為“Rapid monitoring of tea plants under cold stress based on UAV multi-sensor data”的研究論文。
論文截圖
此研究采用搭載“長光禹辰公司自主研發(fā)的MS600 Pro多光譜相機”的多旋翼無人機，獲取了山東省日照市部分區(qū)域的茶園冬季的多光譜圖像，提取光譜指標用于茶樹凍害的評估。
硬件系統(tǒng)圖（左側(cè)搭載MS600 Pro多光譜相機）
茶樹（Camellia sinensis (L.) O. Kuntze.）起源于中國西南部，具有喜溫和畏寒的特性。每年冬季，江北茶區(qū)的茶樹都會受到低溫的傷害，造成葉片細胞活力下降甚至結(jié)冰死亡。這給茶產(chǎn)業(yè)帶來了巨大損失。傳統(tǒng)上，田間茶樹的凍害是通過視覺來評估。這是勞動密集型和主觀的。因此，為了及時采取相應的預防和補救措施，減輕茶園凍害的負面影響，快速準確地評估茶園凍害研究具有重要意義。
在這項研究中，作者利用無人機搭載多光譜（MS600 Pro）、熱紅外(TIR)和RGB等傳感器采集自然越冬茶園不同時期的多模態(tài)遙感數(shù)據(jù)，并獲取當天茶樹葉片的生理數(shù)據(jù)，構(gòu)建茶樹凍害指數(shù)（TCIS）。然后，建立了一種混合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-門控循環(huán)單元（CNN-GRU）模型，用于估算TCIS。此外，作者為了更好的比較CNN-GRU的性能，還使用了單個GRU模型和另外三個經(jīng)典機器學習模型進行比較。該研究發(fā)現(xiàn)：（1）多模態(tài)數(shù)據(jù)融合優(yōu)于單模態(tài)數(shù)據(jù)。其中，雙模態(tài)MS+RGB組合數(shù)據(jù)取得了最佳的預測結(jié)果(Rp2=0.862, RMSEP=0.138, RPD=2.220)；（2）CNN-GRU混合模型優(yōu)于另外四個基線模型，分別在MS+RGB（Rp2=0.862）或MS+RGB+TIR（Rp2=0.850）的多元變量輸入的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了最佳效果；（3）剔除土壤背景等非茶樹冠層特征后的模型精度低于未去除背景的模型精度。
茶樹凍害監(jiān)測技術(shù)流程圖
研究區(qū)域的位置
（a）中國的江北茶區(qū)之一---山東?。╞）日照市茶葉研究所茶園（c）采樣地點
CNN-GRU混合網(wǎng)絡(luò)
茶樹冠層數(shù)據(jù)分布
（a）空氣溫度的變化（b）冠層表型的變化（c）低溫誘導成分的變化（d）TCIS的變化
TCIS的預測散點圖
研究表明，使用無人機多光譜等影像數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對茶樹受凍情況有效的預測，該研究成果在工作效率和分析精度方面具有一定優(yōu)勢，為今后在大區(qū)域上準確、及時、客觀地監(jiān)測茶樹凍害提供技術(shù)支持和參考。
附：Yilin Mao, He Li, Yu Wang, Huan Wang, Jiazhi Shen, Yang Xu, Shibo Ding, Hui Wang, Zhaotang Ding, Kai Fan, Rapid monitoring of tea plants under cold stress based on UAV multi-sensor data,Computers and Electronics in Agriculture,2023, 213,108176.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.108176
長光禹辰成立于2017年，是一家由中國科學院長春光機所和青島高新區(qū)聯(lián)合成立的高新技術(shù)企業(yè)，公司核心團隊來自長春光機所空間光學部，在光譜遙感、光電探測領(lǐng)域具有深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗，掌握完整的光譜儀器系統(tǒng)設(shè)計、先進的嵌入式視覺開發(fā)、復雜場景定量遙感智能調(diào)光、高精度自動輻射校正、光譜數(shù)據(jù)半定量反演及應用等核心技術(shù)，形成了以MS200、MS400、MS600、AQ600等系列多光譜相機為代表的無人機載光譜遙感硬件產(chǎn)品線、以Yusense Map/Map Plus為依托的光譜數(shù)據(jù)預處理及分析軟件和以Yusense Cloud為依托的端云一體化服務(wù)平臺，并在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)、環(huán)保、警用等領(lǐng)域開展了深入的行業(yè)應用。公司專注于無人機航空遙感與光電探測領(lǐng)域，持續(xù)推出革新的軟硬件產(chǎn)品，落地更豐富的行業(yè)應用場景，致力于用技術(shù)和產(chǎn)品推動行業(yè)進步。
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