基于无人机多光谱影像的番茄冠层SPAD预测研究

番茄冠层不同垂直位置叶绿素含量的精确预测是及时防控番茄病虫害、精准施肥、灌溉等田间管理的重要基础,无人机可灵活高效地获取中小区域农作物冠层光谱信息,为农业生产提供便利。基于无人机搭载多光谱传感器获取的多光谱影像数据,建立感兴趣区域,提取各波段反射率数据,计算9种植被指数参数与实测番茄3个生育期的冠层上、中、下层及冠层整体的SPAD值,进行相关性与敏感度分析,筛选植被指数最优变量,采用偏最小二乘、支持向量机、BP神经网络模型进行冠层不同位置SPAD值的预测建模及验证。结果表明,开花坐果期,番茄冠层上层叶片的SPAD值高于中层和下层叶片,结果初期和结果晚期,番茄中层叶片的SPAD值高于上层和下层叶片;冠层上层叶片SPAD值与植被指数相关性程度及线性敏感程度优于冠层中层和下层叶片;基于番茄冠层上、中、下层及整个冠层SPAD值建立的支持向量机预测模型的R~2高于偏最小二乘和BP神经网络预测模型。因此,支持向量机预测模型可为番茄精准管理提供理论依据。     

激光测距在果树冠层三维重构中的应用

随着计算机技术的发展和果园果树精细管理的现实需求,果树冠层的三维重构问题成为研究热点。本文采用激光传感器在不同高度对果树靶标冠层进行水平扫描测距;将从果树不同方位测得的探测点坐标进行坐标转换,得到同一坐标系下的果树冠层三维点云;采用插值法重构模型树冠层三维轮廓。试验结果表明重构的冠层轮廓较为准确地反映了果树的外形轮廓。本文研究为采用激光传感器测距技术进行果树冠层三维重构与体积测量提供了前期研究基础。     

番茄结果期冠层叶-气温差的影响因子研究

主要分析了番茄结果期的冠层叶-气温差（△T）和土壤容积含水率（SW）之间的关系。结果表明,在晴天阳光照射充足的情况下,冠层温度（T）和气温（Ta）的变化一致,在13：00-15：00期间,Tc和Ta达到最大值。14：00时△T与SW之间有较好的线性负相关关系,番茄结果期的水分供需临界△T为-1．5℃,当△T≥-1．5℃...     

基于WOFOST-SHAW耦合模型的冬小麦冠层气温模拟

以河南省商丘地区为研究区域,在田间实验的基础上,对WOFOST模型和SHAW模型进行本地化标定,利用WOFOST-SHAW模型模拟2016年冬小麦拔节期-成熟期冠层0~80 cm高度每小时气温的变化特征,并将其模拟结果与实测数据进行对比。结果表明,利用WOFOST-SHAW模型模拟的冬小麦冠层,除了80 cm高度,气温的模型效率均大于0.90,超过75%的模拟气温的绝对误差在-1.5~2.5℃之间,说明冠层气温的整体模拟精度较高。WOFOST-SHAW模型对冬小麦冠层各高度的日最低气温的模型效率平均值为0.86,日最低气温模拟值偏高0.53℃,说明冠层日最低气温的模拟值与实测值吻合度较高。同时冬小麦易受冻高度层模拟气温能准确地反映0℃以下的冠层日最低气温,因此,WOFOST-SHAW模型可以很好地模拟冠层气温,提升SHAW模型的适用性,可为冬小麦晚霜冻害的监测提供参考依据。     

节水灌溉的水稻冠层结构研究

根据国家“863”节水农业专项子课题现场试验资料．分析了控制灌溉和常规灌溉条件下水稻的冠层叶面积指数、平均叶倾角、散射辐射透射系数、直射辐射透射系数、消光系数和叶分布等冠层指标。结果表明．通过对土壤水分的合理调控．控制灌溉模式的水稻株型合理,散射辐射透射系数较大．直射辐射透射系数从上层至下层逐渐减小,消光系数从上层至下层逐渐增大．有利于光的向下透射和光的截获．为水稻高产奠定了基础。     

基于超声波传感技术的温室草莓冠层三维重构与测量

提出了一种基于超声波传感技术的温室草莓冠层三维重构与测量方法,用Matlab软件的interp1()函数、quad函数、surf函数等进行温室草莓冠层曲线、曲面的拟合并完成面积、体积的计算。以6垄温室草莓冠层作为试验对象,采用该系统对其进行3次重复试验,与人工测量结果进行对比。分析结果表明,检测结果的可重复性较好（R2为0.9275,RMSE为0.1358m3),与人工测量结果相一致(R2为0.9411,RMSE为0.1345m3),该方法具有较高的稳定性及可行性。     

基于实测数据的植物建模研究进展

基于实测数据的植物建模是数字植物研究的基础问题。为此,较系统地介绍了基于图像和真三维两种实测数据的植物形态建模方法。通过对基于单幅图像、多幅图像以及基于数字化仪、三维扫描仪等4种典型方法的优缺点的详细分析,对该领域中仍存在的问题进行了阐述和总结。最后,对基于实测数据的植物形态建模研究与应用的发展趋势进行了展望。     

不同滴灌水量对杂交棉冠层结构的影响

应用CI-110冠层仪对杂交棉兆丰1号在不同灌水量条件下冠层结构特征的差异性分析表明:灌水量对群体冠层指标平均叶簇倾斜角MFLA、群体散射辐射透过系数TCDP、直射辐射透过系数TCRP、消光系数K和叶分布LD等指标有较显著的影响,适宜灌溉条件下,兆丰1号的叶片平均叶簇倾角度小,群体散射辐射透过系数和群体直射辐射透过系数低,消光系数减少,对光的截获率高,产量高.提出了南疆杂交棉较理想的冠层结构指标.     

基于无人机航拍图像的大田玉米冠层结构建模

针对目前采用三维数字化等方法获取大田作物冠层结构信息时需要手动干预、费时费力的问题,利用超微小型无人机分别获取了苗期大田玉米群体的航拍图像、去掉周边植株后成熟期单株及多株的玉米小群体航拍图像.基于伪极点-Crust方法构建了玉米苗期和成熟期的冠层结构模型,并基于大田原位手动测量的株高、叶长、最大叶宽、叶面积等参数对所构...     

基于L-系统的3D虚拟植物冠层光合作用模拟模型

为定量分析植物冠层结构与光分布及光合作用之间的关系,模拟实际环境中植物冠层的实时光合速率,为诸如作物模型中产量估测提供一种植物冠层尺度光合生产力计算方法,本文构建了基于L-系统的3D虚拟植物冠层光合作用模拟模型。模型主要分为3部分:基于L-迭代文法系统与三维图形绘制技术构建3D虚拟植物冠层结构,利用正向光线跟踪及天空可见率算法模拟虚拟冠层内光辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)传输,基于太阳几何参数、大气影响参数及地理位置等参数计算真实环境中虚拟冠层顶部实时PAR强度。利用此模型,直接输入或插值处理光合环境因子数值,采用单叶光合作用模型和相关呼吸作用模型,可计算冠层内净光合作用速率并进行周期内植物体生物量的积累估算。以实测的幼龄杉木为模拟对象,计算其冠层内净光合作用速率及周期内生物量积累,模拟结果表明,基于虚拟冠层的PAR分布模拟及其冠层光合作用速率计算,是一种对植株光合生产力估算的有效方法。     

番茄植株三维形态精确重构研究

为实现番茄形态的数字化设计与可视化模拟,通过对番茄进行长期的观察测量与分析,提出了对实测数据统计分析的基础上进行器官模板分类的几何建模方法.对叶片和侧枝进行了分类,每种分类都建立模板库.依据番茄器官的主要形态特征,提取器官几何模型的主控参数.结合模板技术实现了番茄主要器官和植株三维形态结构的交互式设计软件.所提出的基于番茄器官几何模型的植株结构交互式设计方法所构建的模型呈现多态性,并且对模型和对应的真实植株的垂直投影叶面积与总叶面积的比值进行了计算,分别为0.478 8和0.483 2,其误差为0.91％,具有较高的真实感效果.该设计方法易于结合农学知识,且满足番茄形态多样化的数字化设计要求,对形态结构复杂的园艺作物几何建模具有一定的参考价值.     

基于多源遥感数据的夏玉米冠层氮素遥感监测研究

氮素是玉米生长发育过程中必不可少的关键性因素,能够直接影响到玉米作物的生长情况。过去传统的玉米种植信息采集工作大多由人工作业完成,在实际工作中具有费时费力的缺点,难以大范围快速开展,且人工采集的信息数据质量无法得到有效保障,还会对玉米田地造成一定程度的影响和破坏。随着现代化技术的快速发展,无人机和计算机等技术的普及应用促使农业监测方法日新月异。基于此,笔者以实际案例为例并进行深入分析,探究多源遥感技术在夏玉米冠层氮素监测中的应用情况。结果表明,多源遥感技术在实际应用中能够实现高效精准的空间数据监测,实现了多角度的信息采集分析。本研究具有良好的发展前景,能够为其他农业监测研究提供参考。     

基于三维点云的群体樱桃树冠层去噪和配准方法

樱桃树的栽培密度影响其冠层的光照分布,通过研究群体樱桃树的三维结构,可分析不同栽植密度下温室甜樱桃树冠层光照分布规律,指导樱桃树的科学种植,进而提高甜樱桃产量和品质。高质量的点云数据是构建群体樱桃树三维结构的基础,而点云去噪和点云配准是点云数据预处理的关键环节。本文提出一种基于三维点云的群体樱桃树去噪和配准方法,搭建群体樱桃树三维信息采集平台,使用2台固定的DK深度相机获取群体樱桃树彩色点云数据;提出基于颜色区域生长的二分类方法,设置颜色阈值分割点云并进行二分类处理,可有效去除彩色点云数据中的异常无效点,并设置点云离散度和RGB值,作为点云去噪评价标准;结合人工标记法和双相机位姿矩阵,提出基于颜色特征改进的ICP方法,解决传统ICP配准算法多依赖初始位姿且配准速度较慢的问题。该方法通过对点云粗配准,得到较好的初始位姿,使用SIFT算法提取颜色特征点,将颜色特征与ICP算法结合进行点云精配准,然后使用PCL中随机采样一致性算法,去除错误匹配点,有效减少配准时间,提高配准精度。以夏季和冬季的群体樱桃树20组点云数据为实验对象,对比分析ICP算法、NDT算法、SAC-IA算法和本文配准方法的配准精度和配准时间,结果表明,本文配准方法平均耗时分别为5.01、4.30s,均方根误差分别为2.316、2.100cm,有效减少了配准时间和配准误差,验证了本文算法的有效性和普适性。     

水分胁迫对冬小麦冠层结构及光合特性的研究

冬小麦在不同的水分条件下有不同的表现形式,主要利用CI110植物冠层结构分析仪研究在不同时期的水分胁迫条件下,冬小麦的冠层结构形状的变化。研究结果表明:不同时期进行水分胁迫的处理在冠层光分布中有明显的差异,干旱处理和水分胁迫的处理的叶面积指数小于其它处理,消光系数、叶倾角、散射辐射的穿透系数和直接辐射的穿透系数则大于其它处理;随着时间的变化,冬小麦冠层内的光分布参数在不同水分处理间的差异变的越来越小;光合特性也有明显的差异,干旱处理和水分胁迫处理的光合特性明显低于其它处理的水平;不同时期水分胁迫处理对植株叶片的影响主要集中在植株的中部。     

基于辐射照度的作物冠层光分布计算系统设

以玉米为例,使用C++语言和OpenGL图形函数库,在Windows平台下,开发基于辐射度-图形学结合模型(RGM)的作物冠层光分布计算系统.以相对成熟的RGM方法提取模型参数,并针对作物冠层特点对方法做适当改进.在冠层三维模型基础上,通过用户交互指定参数,可计算出冠层内每个面元的光分布状态.该系统所需模型参数少,且参数均具有较为明确的植物学和农学意义,便于与传统作物模型相结合,操作界面友好、使用方便.     

基于冠层温度变化的冬小麦蒸散模型

冠层温度是反映作物蒸散的重要指标,基于2006-2011年冬小麦田间试验资料,分析了小区及冠层尺度K-p模型参数的差异,对比了两种冠层温度表达式的冬小麦蒸散量计算模型的模拟效果,得到了基于冠层温度变化的冬小麦蒸散模型.结果表明:不同尺度(小区和冠层)K-P模型参数存在一定差异,冠层阻抗(rc)与临界阻抗(r*)的比值和临界阻抗(r*)与空气动力学阻抗(ra)的比值呈显著线性关系,且与冠层尺度K-P模型参数的差异小于不同尺度(小区和冠层)K-P模型参数的差异.以冠层温度的表达式(rc/ra、rc/r*)计算的作物蒸散量与采用田间水量平衡计算的作物蒸散量呈显著线性关系,以rc/ra参与计算的作物蒸散量明显高于田间实测值,而以rc/r*参与计算的作物蒸散量与田间实测值更为接近.因此,以rc/r*代替rc/ra参与作物蒸散量的计算更能反映田间冬小麦蒸散变化过程.     

基于三维点云的苹果树冠层点-叶模型重建方法

为了快速重建苹果树冠层结构三维模型,以纺锤体苹果树冠层为研究对象,利用地面三维激光扫描仪获取冠层三维点云,提出了苹果树冠层点-叶模型重建方法。首先,提出了苹果树冠层叶基自动提取方法,可获取苹果树冠层生长期和叶幕稳定期的叶基,与手工提取的叶基对比分析表明,两种方法重合度较高、误差较小,两种方法的平均欧氏距离为1.41mm;其次,提出了基于冠层体素化的叶基提取方法,构建了苹果树冠层点模型,并在叶基上拼接叶片模板,构建出苹果树冠层点-叶模型;最后,利用VegeSTAR光模型计算光截获进行验证分析,与常规数字化仪测得数据相比,本文方法提高了苹果树冠层三维结构重建效率。     

基于无人机激光雷达的冠层高度产品验证

激光雷达是一种新兴的遥感技术,利用其可以获取高精度的森林冠层高度。本研究概述了现有的各种测量森林冠层高度的技术手段,然后利用塞罕坝机械林场的无人机激光雷达数据,对30 m空间分辨率的全球森林冠层高度产品(简称GFCH)进行了验证。结果表明,该产品与激光雷达获取的冠层高度相关性较弱(R²=0.24),且该产品精度偏低(RMSE=5.58 m),这主要与反演该产品时输入模型的数据质量有关。     

水分胁迫及复水对水稻冠层结构的补偿效

通过盆栽和测坑试验,研究了水分胁迫及复水对水稻冠层结构的补偿影响.结果表明:水分胁迫在抑制水稻茎秆、叶片、叶面积延伸生长的同时,能有效地诱导冠层结构,为旱后复水补偿效应的产生提供条件.旱后复水促进了后期穗节的伸长、延缓后期叶片衰老速率、苗后期胁迫使作物对再次受旱的适应能力增强.但补偿效应是有条件的,苗后期重旱和拔节初期轻旱补偿效应最佳,应避免两阶段连旱和拔节期重旱.     

基于超声波的果树冠层三维重构与体积测量

为了克服地面不平整和拖拉机非线性行驶对果树冠层参数测量的影响，该文在超声波传感器阵列测量果树冠层体积技术的基础上，使用RTK-DGPS空间定位技术和姿态航向参考系统，通过空间坐标的平移和旋转转换，直接获得以大地坐标表示的果树冠层的三维点阵云图数据，通过PC机后台处理重构果树冠层三维轮廓和计算果树冠层体积，并详细介绍了系统的结构与工作原理。以果园荔枝树为试验对象，采用该系统对15棵不同高度和体积的果树进行了3次重复试验，另对56棵树的测量结果与人工测量结果进行了对比分析，试验结果表明该方法具有较好的重复性（