遥感技术在农业田间信息获取中的应用

田间信息的快速、高效获取,是进行精准农业时间的关键。随着现代信息技术的迅猛发展,田间信息采集技术手段也得到了不断更新。遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术,具有动态、快速和周期性地获取地表信息的特点,大大节省了人力、物力、财力和时间。针对遥感在农业田间信息获取方法的应用,展开相应的阐述与分析,主要阐述了作物病虫害监测、作物生产面积监测、作物产量估算监测、作物土壤水分含量监测和作物养分监测5个方面,应用遥感技术进行信息采集的原理及其大体的流程图。最后,在分析我国现在农业田间信息采集的特点基础上,指出建立田间信息遥感监测与信息管理系统的必要性,并给出了应用"3S"技术综合构建田间信息管理平台的流程图。     

精细农业田间信息采集关键技术的研究进展

快速、有效地采集和描述影响作物生长的田间信息,是开展精细农业实践的重要基础.随着现代信息技术的不断发展,田间信息采集技术也在快速发展和不断更新.阐述了GPS定位技术、传感技术、多传感信息融合技术、无线通讯技术等在田间定位信息、土壤属性信息、作物生长信息、环境信息和作物产量信息获取中应用的研究现状,指出现有采集技术存在的优缺点,并提出开发集各种先进技术为一体.低成本、多通道、高精度、定位快速的动态农田信息数字化智能测量装备是今后田间信息采集技术的研究方向.     

无人机遥感技术在精量灌溉中应用的研究进展

以提高农业用水效率为目标的精量灌溉是未来农业灌溉的主要模式,精量灌溉的前提条件是对作物缺水的精准诊断和科学的灌溉决策。用于作物缺水诊断和灌溉决策定量指标的信息获取技术主要基于田间定点监测、地面车载移动监测及卫星遥感。无人机从根本上解决了卫星遥感由于时空分辨率低而导致的瞬时拓延、空间尺度转换、遥感参数与模型参数定量对应等技术难题,也克服了地面监测效率低、成本高、影响田间作业等问题。近几年的研究结果表明,无人机遥感系统可以高通量地获取多个地块的高时空分辨率图像,使精准分析农业气象条件、土壤条件、作物表型等参数的空间变异性及其相互关系成为可能,为大面积农田范围内快速感知作物缺水空间变异性提供了新手段,在精量灌溉技术应用中具有明显的优势和广阔的前景。无人机遥感系统已经应用在作物覆盖度、株高、倒伏面积、生物量、叶面积指数、冠层温度等农情信息的监测方面,但在作物缺水诊断和灌溉决策定量指标监测方面的研究才刚刚起步,目前主要集中在作物水分胁迫指数(CWSI)、作物系数、冠层结构相关指数、土壤含水率、叶黄素相关指数(PRI)等参数估算的研究,有些指标已经成功应用于监测多种作物的水分胁迫状况,但对于大多数作物和指标,模型的普适性还有待进一步研究。给出了无人机遥感在精准灌溉技术中应用的技术体系,并指出,为满足不同尺度的高效率监测和实现农业用水精准动态管理的需求,今后无人机遥感需要结合卫星遥感和地面监测系统,其中天空地一体化农业水信息监测网络优化布局方法与智能组网技术、多源信息时空融合与同化技术、作物缺水多指标综合诊断模型、农业灌溉大数据等将是未来重点研究内容。     

田间作物高通量表型信息获取与分析技术研究进展

田间作物表型信息获取种类、数量以及信息处理与分析方法对于发现有价值的表型特性并确定其遗传因素有着重要影响,而传统的田间表型信息获取方法依赖于研究人员的人工采样测量,不但费时费力,还存在效率低和主观性强等缺点。为解决这一问题,田间作物高通量表型信息获取及分析技术成为了当前植物表型领域的一个研究热点。目前,表型研究主要集中在3个方面：传感器、平台和信息分析。本文从这3个方面阐述国内外田间作物高通量表型信息获取及分析技术的最新研究成果,分析表型信息获取技术中常用传感器的应用范围和使用限制条件以及不同表型信息获取平台的优缺点,总结表型信息分析的方法,提出使用时需要根据具体情况,综合考虑实际需求以及经济合理性选择和设计。最后展望田间作物表型研究未来的发展方向,将集中在多类型数据融合、数据标准化管理、多学科知识整合等方面。该项研究成果对推广田间表型信息获取技术和分析方法、促进表型研究和遗传育种研究的深入融合提供了理论参考和技术支撑。     

作物生长信息获取多光谱传感器设计与试验

为了实时、快捷、无损获取农作物生长信息,根据作物生长指标的光谱监测机理,研制了一种四波长作物生长信息获取多光谱传感器.采用光学滤波技术提高了光辐射信息输入信噪比,依据作物冠层特征及田间作业环境实际要求,设计了适宜的探测镜头结构参数,确保了多光谱传感器灵敏度与分辨效果,应用T型电阻积分网络搭建了微弱光谱信息放大电路.通过标定,获得了多光谱传感器与FieldSpec Pro FR2500型光谱仪的关系模型,决定系数分别为0.8028、0.8068、0.8185、0.8900.对小麦的试验结果表明,该传感器的平均测量误差分别为5.6％、4.6％、1.4％、4.5％.该传感器能够较好地实现作物冠层反射光谱的实时在线检测,为作物生长监测设备的研发提供了有力支持.     

作物农艺性状与形态结构表型智能识别技术综述

[目的/意义]作物农艺性状与形态结构表型智能识别是作物智慧育种的主要内容,是研究“基因型—环境型—表型”相互作用关系的基础,对现代作物育种具有重要意义。[进展]大规模、高通量作物表型获取设备是作物表型获取、分析、测量、识别等的基础和重要手段。本文介绍了高通量作物表型主流平台和感知成像设备的功能、性能以及应用场景。分析了作物株高获取、作物器官检测与技术等农艺性状智能识别和作物株型识别、作物形态信息测量以及作物三维重建等形态结构智能识别技术的研究进展及挑战。[结论/展望]从研制新型低成本田间智能作物表型获取与分析装备、提升作物表型获取田间环境的标准化与一致性水平、强化田间作物表型智能识别模型的通用性,研究多视角、多模态、多点连续分析与时空特征融合的作物表型识别方法,以及提高模型解释性等方面,展望了作物表型技术主要发展方向。     

作物长势监测仪数据采集与分析系统设计及应用

针对中小农场对作物长势快速监测与精确诊断的需求,本研究设计了作物长势监测仪（CropSense）数据采集与分析系统,该系统实现了数据采集、处理、分析和管理的一体化集成。系统通过蓝牙技术连接智能手机和作物长势监测仪获取作物采样数据,经服务器中内置光谱模型计算得到地块的作物生长参数分布专题图。依据地块预期产量指标,可提供可视化的专家决策处方。用户只需点击一次按钮,即可实时获取田间作物的监测诊断信息和专业的田间管理指导方案。目前系统已在多个研究机构实验农场试用,其中在小汤山基地的应用示例结果显示：在玉米大喇叭口期使用该系统进行作物诊断和指导施肥,比传统的施肥方案减少约16.67%施肥量。该系统具有采集分析数据高效便利、推荐施肥方案优化合理等特点,在中国家庭农场快速增长的背景下,具有广阔的应用前景。     

基于ZigBee和TCP/IP的盐碱地田间监控系统研究

为实现现代信息技术在盐碱地良性管理领域的技术应用,解决当前盐碱地管理中缺乏监测数据、无法有效进行改良效果评估的问题,设计了田间智能化信息化采集与控制系统,实现了暗管水质信息监测、田间气候监测、病虫害监测、作物长势监测和自动灌溉控制,构建了用于田间数据传输的ZigBee无线传感器网络,并依据山东东营农业高新技术园区的区域特点,综合考虑信号传输的鲁棒性和时效性,提出了ZigBee网络节点部署的全局优化方案。同时,应用TCP/IP协议,设计了盐碱地综合治理信息采集软件和远程信息云服务平台,实现了盐碱地资源的全方位信息监测。试验表明,系统能够满足盐碱地信息监测和田间灌溉水肥一体化自动控制的功能需求,且所设计网络数据传输的综合丢包率低于1%。     

农业图像监测技术的应用与展望

随着农业信息技术的发展,农业生产的智能化与科学化受到越来越多的重视,其中通过智能化监测设备获取作物生长信息已成为主要发展方向。因此,学习和掌握不同监测设备的技术特点对获取农业信息是十分重要。本文分别介绍红外热成像技术和数码图像技术在农业上的应用,其中较为详细的阐述红外热成像技术在农作物生长长势、病虫害防治、品质的无损检测和农业生产自动化等方面的应用,分析总结两种成像技术在实际应用中的利弊,并进行讨论和展望,以期为智能监测设备的选择与应用提供依据。     

作物数字图像远程实时获取方法研究

作物图像获取方法是应用计算机视觉技术监测作物长势的首要问题。为此,对作物数字图像远程实时获取方法进行了研究。研究的作物数字图像远程实时获取系统由图像获取设备、下位机、数据传输系统、Web服务器和客户端等部分组成,包括用户管理与系统维护、数据库管理、图像获取与设备控制和数据处理与发布4个功能模块。系统利用带无线传输功能的数码相机和高清晰网络工业相机作为作物数字图像获取设备,并给出了图像获取设备的5种安装形式:移动车载、固定形式、滑动导轨、云台和综合形式;系统在图像获取设备到下位机之间采用有线或微波无线的传输方式,从下位机到Web服务器再到客户端采用Internet网络连接,通过增加带宽可以显著提高图像信息的传输速率;系统利用直接存取法建立作物图像数据库,并利用Web信息系统实现了作物图像信息的实时发布。