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【科研應(yīng)用】無(wú)人機(jī)多光譜遙感在芳樟矮林葉片精油產(chǎn)量評(píng)估中的應(yīng)用

2024-03-07 09:52 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：長(zhǎng)光禹辰 來(lái)源：長(zhǎng)光禹辰
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南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院魯向暉教授團(tuán)隊(duì)在《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》發(fā)表了題為“基于無(wú)人機(jī)多光譜遙感的矮林芳樟葉片精油產(chǎn)量反演”的研究論文，此研究采用無(wú)人機(jī)...

南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院魯向暉教授團(tuán)隊(duì)在《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》發(fā)表了題為“基于無(wú)人機(jī)多光譜遙感的矮林芳樟葉片精油產(chǎn)量反演”的研究論文，此研究采用無(wú)人機(jī)搭載長(zhǎng)光禹辰公司自主研發(fā)的MS600 Pro多光譜相機(jī)，獲取了南方紅壤區(qū)芳樟矮林的多光譜圖像，提取光譜指標(biāo)用于芳樟矮林葉片精油產(chǎn)量反演。

一、研究背景

芳樟（Cinnamomum camphora (Linn.) Presl）是我國(guó)南方重要的木本油料植物及觀賞樹(shù)木，芳樟精油中的多酚類(lèi)物質(zhì)對(duì)多種疾病具有治療作用。中國(guó)芳樟精油產(chǎn)業(yè)在世界農(nóng)林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有巨大市場(chǎng)潛力，但芳樟精油產(chǎn)量受生長(zhǎng)環(huán)境因素的影響較大，芳樟在科學(xué)種植與高效生產(chǎn)仍有很大的提升空間。因此，借助新興科技手段，在芳樟收獲前開(kāi)展產(chǎn)量預(yù)測(cè)，診斷影響產(chǎn)量的環(huán)境因素，進(jìn)而對(duì)田間施肥或灌溉進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)，對(duì)芳樟精油產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

二、數(shù)據(jù)采集

多光譜數(shù)據(jù)采集使用大疆M300 RTK型無(wú)人機(jī)，攜帶鏡頭為長(zhǎng)光禹辰MS600 Pro多光譜相機(jī)，相機(jī)配備6個(gè)1/3英寸CMOS影像傳感器，120萬(wàn)像素。

無(wú)人機(jī)飛行時(shí)間為12：00－14：00，飛行時(shí)天空晴朗無(wú)云，風(fēng)力較小。起飛前在校準(zhǔn)白板的正上方約1m處，采用相機(jī)單攝模式拍攝標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行反射率標(biāo)定。飛行設(shè)置航線為Z型，飛行高度為50m，航向和旁向重疊度分別設(shè)置為75%，相機(jī)鏡頭與地面呈90°，拍照模式為等時(shí)間間隔。

三、結(jié)果分析

利用相關(guān)文獻(xiàn)得到的27種光譜指數(shù)，分析植被指數(shù)與精油產(chǎn)量的相關(guān)性，篩選出相關(guān)系數(shù)R最大的5個(gè)指數(shù)，修改型土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)（MSAVI）、優(yōu)化土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)（OSAVI）、重歸一化植被指數(shù)（RDVI）、土壤調(diào)整植被指數(shù)（SAVI）和非線性植被指數(shù)（NLI）。

以篩選出的5組植被指數(shù)組合作為自變量，以實(shí)測(cè)矮林芳樟精油產(chǎn)量作為響應(yīng)變量，分別采用基于Libsvm工具箱建立的SVM、基于參數(shù)優(yōu)化與訓(xùn)練的RF、基于Matlab的Neural-Net-work工具箱構(gòu)建的BPNN構(gòu)建估算模型。

當(dāng)輸入?yún)⒘肯嗤瑫r(shí)，基于RF方法構(gòu)建的矮林芳樟精油產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型的精度顯著高于SVM與BPNN模型，其驗(yàn)證集R2為0.869，RMSE為5.809 kg/hm2，MRE為5.545%。因此，RF模型可以作為矮林芳樟精油產(chǎn)量反演建模的首選方法。

四、研究總結(jié)

多光譜遙感技術(shù)涉及多個(gè)波長(zhǎng)光譜的成像技術(shù)，可以用于分析芳樟的生長(zhǎng)周期和成熟程度，預(yù)測(cè)收成時(shí)間和估計(jì)產(chǎn)量，該技術(shù)對(duì)于芳樟產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

附：

[1]論文信息：魯向暉,楊寶城,張海娜等.基于無(wú)人機(jī)多光譜遙感的矮林芳樟葉片精油產(chǎn)量反演[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2023,54(04):191-197+213.

[2]論文全文鏈接：http://www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20230418&flag=1&journal_id=jcsam


長(zhǎng)光禹辰成立于2017年，是一家由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)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(tuán)隊(duì)來(lái)自長(zhǎng)春光機(jī)所空間光學(xué)部，在光譜遙感、光電探測(cè)領(lǐng)域具有深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，掌握完整的光譜儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、先進(jìn)的嵌入式視覺(jué)開(kāi)發(fā)、復(fù)雜場(chǎng)景定量遙感智能調(diào)光、高精度自動(dòng)輻射校正、光譜數(shù)據(jù)半定量反演及應(yīng)用等核心技術(shù)，形成了以MS200、MS400、MS600、AQ600等系列多光譜相機(jī)為代表的無(wú)人機(jī)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(yù)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(tái)，并在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)、環(huán)保、警用等領(lǐng)域開(kāi)展了深入的行業(yè)應(yīng)用。公司專(zhuān)注于無(wú)人機(jī)航空遙感與光電探測(cè)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(yīng)用場(chǎng)景，致力于用技術(shù)和產(chǎn)品推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。


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