農(nóng)業(yè)高光譜成像無人機(jī)系統(tǒng)SF500

SF500是一款專為農(nóng)業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的無人機(jī)系統(tǒng)，搭載了高光譜成像系統(tǒng)，能夠獲取農(nóng)作物的多角度圖像和光譜信息。這些信息不僅有助于評(píng)估作物生長狀況，識(shí)別病蟲害和營養(yǎng)不良等問題，還可以預(yù)測(cè)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，為農(nóng)民制定精準(zhǔn)的種植和管理策略提供科學(xué)依據(jù)。

農(nóng)業(yè)高光譜成像無人機(jī)系統(tǒng)SF500在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

SF500在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用分類

1. 病蟲害檢測(cè)：SF500的高光譜成像技術(shù)可以敏銳地捕捉到作物病蟲害的信息。通過對(duì)獲取的光譜圖像進(jìn)行分析，可以準(zhǔn)確地識(shí)別出病蟲害的種類和嚴(yán)重程度，提早發(fā)現(xiàn)并采取有效的防治措施。

2. 營養(yǎng)狀況評(píng)估：SF500可以通過分析作物的光譜反射特性，評(píng)估作物的營養(yǎng)狀況。例如，氮元素的含量可以直接影響作物的生長速度和產(chǎn)量，通過高光譜成像可以精確測(cè)量氮元素的含量，為農(nóng)民提供合理的施肥建議。

3. 產(chǎn)量預(yù)測(cè)：通過分析作物的光譜特性，結(jié)合生長模型和環(huán)境數(shù)據(jù)，SF500可以預(yù)測(cè)作物的產(chǎn)量。這可以幫助農(nóng)民提前做好收獲計(jì)劃，減少因收獲不及時(shí)而造成的損失。

4. 品質(zhì)鑒定：高光譜成像不僅可以獲取作物的物理特性，還可以分析出作物的品質(zhì)。例如，通過分析水果的高光譜圖像，可以判斷其糖分和酸度的含量，為農(nóng)民提供種植品質(zhì)優(yōu)良作物的建議。

無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展，使現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進(jìn)入定量化。無人機(jī)搭載的數(shù)碼相機(jī)和多光譜相機(jī)含有波段數(shù)量少，無法獲取作物冠層充足的光譜信息，阻礙了對(duì)作物表型參數(shù)進(jìn)行多波段研究。高光譜遙感光譜分辨率較高，可以獲得大量的光譜信息，能夠更精確地提取與作物長勢(shì)相關(guān)的光譜波段。因此無人機(jī)高光譜技術(shù)能夠更好地監(jiān)測(cè)作物的生長情況。

國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)高光譜技術(shù)進(jìn)行了大量研究，利用無人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)，將葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量、植株氮含量、植株水分含量等指標(biāo)按照均等權(quán)重構(gòu)建綜合指標(biāo)，通過多種光譜指數(shù)采用偏最小二乘回歸方法構(gòu)建綜合指標(biāo)模型，結(jié)果表明，綜合指標(biāo)與光譜指數(shù)的相關(guān)性更高、反演效果更好。

結(jié)果表明：

（1）基于DSM提取的H與實(shí)測(cè)株高具有高度的擬合性（R2=0.84），得到的HQ精度較高。

（2）最優(yōu)光譜指數(shù)在不同生育期與地上生物量相關(guān)性不同，現(xiàn)蕾期相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最高的光譜參數(shù)為Rga（r=0.679），塊莖形成期相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最高的參數(shù)為PSRI（r=0.727），塊莖增長期相關(guān)系

數(shù)絕對(duì)值最高的為CIrededge和NDVIcanste（r =0.747），淀粉積累期相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的為R-46 和SPVI（r=0.756），成熟期最優(yōu)光譜指數(shù)為RSso (r=0.405)。

（3）以株高、最優(yōu)光譜指數(shù)為變量，運(yùn)用ER估測(cè)馬鈴薯地上生物量，綜合5個(gè)生育期可知，每個(gè)生育期得到的模型效果優(yōu)劣次序依次為最優(yōu)光譜參數(shù)、Ha、H，塊莖增長期以CIrededge參數(shù)估測(cè)的地上生物量精度最高，ER 建模集和驗(yàn)證集R2分別為0.45和0.48、RMSE分別為229.01kg/hm2和218.76 kg/hm2、NRMSE分別為19.19%和17.89%。

（4）每個(gè)生育期利用MLR、PLSR、RF3種建模方法分別基于VIs和VIs+H 估算馬鈴薯地上生物量，以后者為輸入變量構(gòu)建的估算模型效果最好。每種方法以同種變量在塊莖增長期表現(xiàn)效果最好，塊莖形成期和淀粉積累期次之，現(xiàn)蕾期和成熟期表現(xiàn)最差。

農(nóng)業(yè)高光譜成像無人機(jī)系統(tǒng)SF500在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過高光譜成像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作物的高精度分類和識(shí)別、生長狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、土壤信息的精確探測(cè)以及環(huán)境影響的評(píng)估。SF500的應(yīng)用將有助于提高農(nóng)業(yè)管理的精度和效率，降低農(nóng)業(yè)管理的成本，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，是未來精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。