基于可见光波段的无人机超低空遥感图像处理

【目的】探讨低成本的可见光超低空农业遥感平台提取与分析农情信息的可行性,为农用无人机精准施药与农情监测提供技术支持。【方法】以仅包含红光、蓝光和绿光的超低空可见光农田遥感图像为研究对象:首先利用张氏校正法获取相机的畸变矩阵,并校正图像;然后提取与分析图像的可见光植被指数;最后通过分析超低空可见光农田图像中植被与非植被的光谱特性,对可见光超低空遥感图像进行植被信息提取。【结果】获得的农田植被提取图像很好地区分了植被与非植被。【结论】基于可见光的超低空遥感农业信息获取系统应用具有可行性,可为构造低成本的可见光低空遥感监测系统提供参考。     

非粮化整治农田施肥推荐系统开发及应用

【目的】 数字化技术促进了农业信息化的快速发展，农田非粮化现象日益普遍，对于非粮化整治后的农田，合适的施肥推荐系统可为种植大户提供便捷、可视化及轻简化的施肥推荐，有利于因地制宜地开展精准施肥推荐。【方法】 文章以数字技术为支撑，结合空间、土壤要素等信息，构建了非粮化农田的施肥分区和施肥推荐方案，结合非粮化农田土壤养分的基础状况和水稻种植的养分需求，定制研发了面向镇村筛选和高清影像的非粮化农田施肥咨询服务系统。【结果】 该系统主要功能为地图操作浏览、非粮化地块可视化、施肥推荐三部分。该研究区施肥分区可以分为“控氮—控磷—控钾”“控氮—控磷—稳钾”“控氮—稳磷—控钾”“控氮—稳磷—稳钾”和“稳氮—控磷—控钾”五大类。施肥推荐功能可以根据施肥分区提供非粮化地块水稻（单季稻、早稻和连作晚稻）施肥方案，并进行田块点触式施肥咨询服务。【结论】 该施肥推荐系统，是一个通用性和适用性好的智慧施肥移动应用平台，极大便利了非粮化农田种植用户的施肥推荐应用技术的落地应用。这种施肥系统模式可以推广到其他地区和类型农田开展精细化施肥推荐应用。     

HJ-1星水稻生育期长势动态监测研究

利用环境减灾卫星(HJ星)CCD多光谱数据提取水稻种植面积,采用全区、样方2种尺度对水稻生育期间遥感植被指数进行动态监测,分析监测区水稻长势分布状况。利用2009—2011年3年水稻监测结果,结合农情资料,分析水稻生育期NDVI变化规律,为建立水稻生育期定量遥感监测模型奠定基础。     

基于无人机高光谱影像的水稻叶绿素含量反演

【目的】为实现快速无损地监测水稻叶绿素含量,采用大疆M600 Pro无人机搭载SENOP RIKOLA高光谱仪获取水稻分蘖期冠层高光谱影像。【方法】利用相关性分析筛选出光谱指数的特征波长,构建DSI、RSI、NDSI、MSR、OSAVI和RDVI 6种植被指数,并利用一阶光谱导数计算其红边面积和红边幅值,分析8种光谱参数参与水稻叶绿素含量之间的相关性分析。将这些光谱参数作为CatBoost回归模型的输入变量,分析8种光谱参数对水稻叶绿素含量的估算能力。【结果】基于红边参数的反演模型中红边幅值拟合效果最好,其R²为0.952 4,RSME为0.638 1;基于植被指数的反演模型中OSAVI指数拟合效果最好,其R²为0.941 6,RSME为0.588 5。2种模型均能有效预测水稻叶绿素含量信息,可以作为水稻叶绿素含量监测的依据。【结论】将无人机高光谱遥感影像与机器回归算法相结合,可以实现对水稻冠层叶绿素含量的精准预测,从而对水稻的生长和健康状况进行实时监测,进而实现对水稻的精准施肥和精准灌溉,对水稻的增产增收以及精准农业的发展具有重要意义。     

农作物种植面积“一张图”遥感监测业务设计及应用

【目的】农作物种植面积遥感监测是世界农业大国农情遥感监测业务的主要内容,监测结果也是政府宏观监测与生产管理的重要依据。所以农作物种植面积"一张图"遥感监测业务的设计及应用为农业生产定量化管理提供进一步服务。【方法】文章在农作物种植面积"一张图"概念定义的基础上,提出了基于低、中高空间分辨率2种数据源的"一张图"遥感监测技术方案,并采用EOS/MODIS、GF-1/WFV数据实现了全球、中国大陆区域冬小麦空间分布"一张图"的监测方案应用。【结果】农作物种植面积"一张图"概念的提出,是从监测范围与监测内容上对农作物种植面积遥感监测业务的规范,对遥感监测技术从基础研究向实际应用具有推动作用。【结论】现有遥感数据、分类识别技术能够保证"一张图"遥感监测业务方案的实施与实现。限制遥感数据向"一张图"成果转化的技术瓶颈,是遥感监测自动识别技术的精度与能力。在今后较长一个时期内,从全球及国家尺度出发,开展作物光谱分布规律研究,进而提出普适性较高的算法,是提高全球、国家尺度农作物种植面积"一张图"遥感监测业务效率的主要途径。     

基于Sentinel-2遥感影像的黑土区土壤有效磷反演

【目的】土壤养分含量的整体状况对供给作物的生长有着重要意义,对农田土壤速效养分含量的估算是作物生长发育状况评价过程中的关键环节,高光谱遥感技术的发展为区域有机质和土壤养分的动态监测提供了有效的手段。相比传统方法耗时、耗力及测量复杂等缺点,该文提出了基于遥感影像的大面积土壤速效养分含量的精准估算方法,对促进玉米作物的精准施肥和黑土地肥力保护具有重大理论意义。【方法】文章以东北黑土区的吉林省农安县玉米农田为研究区,基于Sentinel-2遥感影像和土壤有效磷含量实测数据,利用偏最小二乘回归方法构建土壤有效磷含量的反演模型,最终获取土壤有效磷含量的空间分布图,实现了黑土区土壤有效磷含量的大面积、快速、精准估算。【结果】Coastal aerosol波段(海岸/气溶胶波段)、可见光波段及红边波段与土壤有效磷含量的相关性较强,模型的决定系数R²为0.649、均方根误差为2.44 mg/kg。【结论】利用偏最小二乘回归模型估算所得土壤有效磷含量空间分布情况与其空间插值结果相一致,从空间分布情况上看,农安县西北部的土壤有效磷含量最高,东北部的土壤有效磷含量高于中部与南部地区;模...     

高分一号卫星影像监测水稻种植面积研究综述

简要介绍了高分一号卫星应用于农情遥感监测的优势和水稻种植面积遥感监测的原理,着重对遥感影像数据预处理、遥感影像分类方法与水稻面积提取技术等方面的研究进展进行了综述。高分一号卫星具有高空间分辨率和时间分辨率的特点,反映作物的光谱特征明显,适合选用为农情遥感监测的数据源;基于高分辨率卫星影像的水稻种植面积提取技术比较成熟;基于决策树、人工神经网络、专家知识、人工目视解译等分类提取方法应用前景广阔,但精度有待进一步提高。     

桂北桉树人工林红壤速效钾含量高光谱反演模型研究

以桂北桉树人工林红壤为研究对象,测定了不同土壤速效钾含量样品的光谱数据,分析其光谱特征,采用PLS法建立反演模型.结果表明:该区域红壤速效钾含量的光谱敏感波段集中于400～600、1450、2200 nm等区域.经过一阶导数变换后,能显著减少原始光谱数据中的冗余信息,提高光谱指标与土壤速效钾含量之间的相关性.R、FDR 2种光谱指标的全波段建模结果均优于显著性波段的建模结果,最优模型为全波段-FDR-PLS,模型R2=0.862,RMSE=2.718.该研究结果可为广西土壤数字制图、精准变量施肥以及土壤速效钾实时监测等近地遥感推广应用服务.     

基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势关键指标无损监测

【背景】近年来随着遥感技术的快速发展，实时无损监测作物生长状况已成为当前研究热点，遥感获取的农情信息将为实现大面积作物精确管理提供指导。在众多遥感监测平台里，无人机因其操作简单、使用成本低等特点而受到广泛关注，无人机搭载多光谱相机可以快速获取作物的长势信息。【目的】尝试将固定翼无人机多光谱影像纹理信息与光谱信息结合，探究“图谱”信息对水稻长势指标的监测效果。【方法】通过开展两年涉及不同播期、品种、播栽方式、施氮水平的水稻田间试验，在水稻关键生育期使用固定翼无人机搭载Sequoia多光谱相机获取水稻冠层遥感影像，同步进行地上部破坏性取样以获取水稻叶面积指数(LAI)、地上部生物量(AGB)和植株氮含量(PNC)等农学指标，采用简单线性回归、偏最小二乘回归和人工神经网络回归算法，构建基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势指标监测模型，比较分析光谱纹理信息在不同模型中的监测效果。【结果】利用简单线性回归方法探究了植被指数(VI)、单波段纹理特征与水稻LAI、AGB和PNC间的定量关系，结果表明植被指数与LAI和AGB之间有较强的相关性，表现最好的植被指数为CIRE和NDRE,R 2分别为0.8...     

天空地遥感大数据赋能果园生产精准管理

【目的】水果产业是农民增收的支柱产业,在我国农业农村经济发展中占有重要地位。面对新的产业发展困境,推进果园生产全方位、全角度、全链条数字化改造,构建现代化数字果园发展模式具有重要的现实意义。【方法】文章提出了天空地遥感大数据驱动的果园生产精准管理新模式,以"数据—知识—决策"为主线,以果园生产数字化、网络化和智能化为目标,推进农业信息技术、农学农艺与农机装备的融合应用。【结果 /结论】利用航天遥感(天)、航空遥感(空)、地面物联网(地)一体化的技术手段,构建天空地一体化的果园智能感知技术体系,进行果园数量、空间位置与地理环境的精准感知与信息获取,解决"数据从哪里来"的基础问题;集成天空地遥感大数据、果树模型、图像视频识别、深度学习与数据挖掘等方法,构建果树长势、病虫害、水肥、产量等监测专有模型和算法,实现果园生产的快速监测与诊断,解决"数据怎么用"的关键问题;结合自动控制、传感器、农机装备等,利用数据赋能作业装备,实现果园生产的精准和无人作业,解决"数据如何服务"的重要问题。     

基于OLI影像的四川丘陵地区水稻种植面积监测

【目的】为使用Landsat8 OLI遥感影像准确监测四川丘陵地区水稻种植面积。【方法】根据丘谷相对高差分别选定浅丘、深丘水稻样方各4个,通过地面样方调查和同生长季Google Earth影像解译获取的样方水稻种植面积作为验证数据,评价基于OLI融合影像的川中丘陵的水稻种植面积监测精度。OLI影像经正射校正后,使用15 m全色波段影像和30 m多光谱影像融合,得到15 m分辨率的融合影像,使用最大似然法进行监督分类,获取监测结果。【结果】与样方验证数据比较,在样方面积相同的情况下基于OLI影像的水稻种植面积监测结果显示,浅丘区的平均精度为93.7%,误差范围为1.0%~8.7%;深丘区的为92.5%,误差范围为1.5%~15.8%。【结论】根据浅丘区、深丘区监测结果的误差范围差异,随着丘谷高差增大,地形趋于复杂、地块趋于狭长与破碎,OLI影像监测结果的不确定性增加,精度有下降的趋势。该研究为改进OLI影像监测四川丘陵地区水稻种植面积精度提供参考。     

基于移动GIS 的家庭农场精准施肥系统设计

【目的】家庭农场是目前中国大力发展的新型农业生产主体,精准施肥是满足家庭农场现代化生产管理需求的重要研究方向和技术难点。研究智能手机和移动GIS技术有助于实时、准确地对农场的养分进行便捷管理。【方法】智能手机端APP结合Web端管理系统成为实现家庭农场精准施肥的主要技术手段。文章对样本点的土壤养分数据进行Kriging插值,进而利用养分平衡法施肥模型对整个地块的土壤数据进行分析,得到精准施肥矢量图并同步到Web端,最终指导变量施肥机进行变量精准施肥作业。【结果】(1)整个系统通过移动端对地块进行管理并获取数据,利用数据管理层同步数据并上传至服务端生成推荐施肥方案,并导出至移动端和变量施肥机;(2)系统在河南、河北和北京3个实验基地进行了初步试验,从信息采集、录入到养分管理、生成施肥方案等过程均验证了系统的实用性;(3)相对于传统施肥,利用系统的精准施肥方案施氮肥可平均节约纯氮约18 kg/hm2。【结论】系统使用方式灵活、方便且对使用人员技术要求低,相对于传统管理模式,工作效率有显著提高。该系统的推广使用可降低化肥使用量,节约成本且可以减少环境压力,对促进农业信息化、现代化具有重要意义。     

基于WebGIS的农田测土配方施肥管理系统的设计

【目的】对基于WebGIS的农田测土配方施肥管理系统进行总体设计,为该系统的开发与实现奠定框架基础,从而实现农田精准施肥,促进农业可持续发展。【方法】根据WebGIS技术特点及农田测土配方施肥实际需要,对农田测土配方施肥管理系统的体系结构、总体功能结构和数据库进行设计。【结果】系统采用B/S三层体系结构,具有地图基本操作、信息查询、统计分析、推荐施肥、打印输出、系统维护和管理等六大功能,数据库由空间数据库和非空间数据库组成。【结论】基于WebGIS的农田测土配方施肥管理系统可为用户提供准确、科学的施肥指导信息服务,提高土壤养分管理技术和肥料使用效率,减少农业环境污染,促进农业可持续发展。     

连续施肥对不同肥力稻田土壤基础地力和土壤养分变化的影响

【目的】研究双季稻种植制度下,连续3年施肥与不施肥对不同肥力土壤基础地力产量、基础地力贡献率、土壤氮磷钾表观平衡和土壤养分变化的影响,为不同肥力土壤基础地力培育及土壤肥力维持和提升提供参考。【方法】从32年长期施用不同肥料定位试验的不施任何肥料(CK)、施氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥配施稻草(NPKS)处理采取土壤,分别代表3种不同肥力水平,设置连续3年施肥与不施肥处理的盆栽试验,监测双季水稻产量、土壤基础地力产量、基础地力贡献率和土壤氮磷钾养分的变化。【结果】在试验期间,不同肥力土壤的早晚稻基础地力产量、基础地力贡献率均表现为:NPKS处理土壤NPK处理土壤CK处理土壤,且随着试验年限的延长,不同肥力土壤之间的差异呈逐渐缩小趋势,到试验第3年,不同肥力土壤之间的差异变得不显著。无论施肥或不施肥,初始肥力越高的土壤经3年6季水稻种植,由作物收获带走的氮、磷、钾养分越多。不同肥力土壤在连续施肥条件或不施肥条件下,肥力养分变化规律存在较大差异,这种差异与水稻种植体系中养分输入-输出平衡状况有一定关系。【结论】初始肥力越高的土壤如果连续不施肥,其基础地力下降得越快。因此,对于地力水平较低的土壤应注重合理施肥,培育和提高农田土壤肥力和基础地力;地力水平较高的土壤也应注意高效合理补充养分,以维持土壤较高的肥力水平和持续生产力。     

氮磷互作对水稻冠层光谱的影响及其PNN识别

【目的】氮、磷均为作物必需的大量营养元素,其丰缺诊断直接关系到合理科学施肥,进而影响产量、效益以及环境。本文旨在研究准确、快捷、无损地区分水稻缺氮和缺磷信息的光谱识别方法,从而指导田间施肥决策,精确作物管理、节约种植成本并控制农田面源污染。【方法】基于水稻6个氮素及两个磷素营养水平交互下的盆栽试验,分别在分蘖、拔节和抽穗期测定水稻冠层的可见近红外反射光谱（350-1 330 nm）及植株全氮（TN）和全磷（TP）含量等数据,分析氮磷互作对水稻植株体内TN和TP含量以及冠层反射光谱的影响,并运用概率神经网络(PNN)分别对不同生育时期的冠层光谱进行氮水平、磷水平、氮磷交互水平和缺素水平4个尺度下的分类识别。为避免光谱测量时仪器误差和光照、风力、温度、水分等环境条件所造成光谱数据批次间的差异,PNN分类识别前对光谱数据进行标准化处理,并将其中2/3作为训练集,另外1/3作为测试集。【结果】植株全氮含量受氮肥、磷肥和氮磷交互作用的影响显著;植株全磷含量则主要受磷肥和氮肥水平的双重影响,但不存在氮磷交互作用。水稻冠层光谱对氮肥的响应规律不受磷肥水平的影响,缺氮使可见光区反射率升高,近红外区反射率下降。缺磷使近红外区反射率下降,但可见光区的响应则受氮肥水平的影响,施氮处理呈上升趋势,氮胁迫处理则呈现分蘖期下降、拔节期上升、抽穗期下降的趋势。利用冠层光谱PNN模型可以对各个生育时期氮水平、磷水平、氮磷交互水平和缺素水平等不同施肥尺度进行识别,拔节期分类精度最高,抽穗期分类精度相对最低。4种分类尺度下PNN模型对磷素水平的分类精度最高,分蘖期和拔节期分别为83%和94%;其次是缺素水平,分别为78%和88%;对氮素水平以及氮磷交互水平等有较多个分类输出的识别精度较低,为61%-75%。值得一提的是,PNN模型对水稻施肥关键生育时期分蘖期和拔节期水稻植株缺氮缺磷、缺氮不缺磷、缺磷不缺氮、不缺氮不缺磷等4种缺素水平的分类中,所有只缺氮处理没有被预测为只缺磷处理,所有只缺磷处理也没有被误判为只缺氮处理,表明冠层光谱PNN模型能有效区分开氮磷胁迫。【结论】水稻的冠层光谱受到氮、磷水平的共同影响,利用水稻冠层光谱建立的PNN模型不仅能分别辨识各氮素、磷素施肥水平,并且能有效地区分开水稻缺磷和缺氮处理,避免混淆,对有目的性的指导施肥具有重要的意义和价值,可避免不恰当的施肥策略造成的环境、产量和经济损失。     

东北地区高标准农田利用现状分析

【目的 】分析东北地区高标准农田粮食作物种植分布及空间变化情况,为高标准农田的监测监管提供依据。【方法 】文章选取中国东北地区为研究范围,利用卫星遥感影像提取2017—2021年水稻、玉米和大豆等主粮作物的空间分布,并将其与已建成的高标准农田项目空间数据以及一般耕地数据进行叠加分析,以对高标准农田和一般耕地上的主粮作物种植面积和占比进行分析对比。【结果 】2017—2021年东北地区高标准农田种植的主粮作物比例平均高出一般耕地约14%。高标准农田建设比例高、且主粮作物占比增加的地区主要分布在黑龙江东部及东北部、吉林西部;而高标准农田建设比例低、且主粮作物占比降低的县有23个,主要分布在山脉附近。【结论 】2017—2021年东北地区高标准农田主粮作物面积占比高于一般耕地,高标准农田在落实“良田粮用”政策和保障粮食供给方面成效显著。     

基于Logistic算法与遥感影像的棉花虫害监测研究

【目的】借助多光谱遥感影像和Logistic算法,实现对棉田虫害的田间监测。【方法】以患虫害棉花区域为研究对象,利用无人机获取棉田多光谱遥感影像,并对影像进行预处理;结合受虫害棉花光谱特征,利用虫害敏感波段反射率与植被指数构建Logistic回归模型,开展棉花虫害识别监测研究。【结果】由土壤调节植被指数(Soil adjusted vegetation index,SAVI)模型和归一化植被指数(Normalized vegetation index,NDVI)模型构建的棉蚜虫、棉红蜘蛛、棉铃虫识别模型为最优模型,其训练样本准确率达到93.7%,测试样本准确率达到90.5%,召回率为96.6%,F1值为93.5%,对棉蚜虫、棉红蜘蛛和棉铃虫的识别模型决定系数分别为0.942、0.851和0.663。【结论】该模型可满足棉田中棉蚜虫、棉红蜘蛛和棉铃虫3种虫害的发生区域识别,且可基本满足棉田精准植保作业相关要求。     

基于大棚黄瓜土壤养分及氮积累特征的分析

【目的】本研究通过不同种植年限大棚土壤肥力状况调研及主要养分储存形态分析,探讨不同种植年限大棚土壤的合理施肥管理措施,以期在最大限度地发挥土壤自身养分供应能力的前提下,高效合理施肥,减少不必要的肥料损失、降低环境风险。【方法】研究调查河南省新乡市牧野区朱庄屯村大棚黄瓜产区的5个典型种植黄瓜大棚,以露地农田(0年)为对照,不同种植年限大棚中0～40 cm土层(每20 cm一层)的土壤养分,并对主要的土壤养分指标,进行相关分析。【结果】①0～20 cm土层养分含量和电导率均高于20～40 cm土层。不同种植年限大棚土壤的全钾、pH显著低于农田土壤,土壤有机质含量低于农田土壤。②0～20 cm土层中铵态氮、硝态氮累积量普遍低于20～40 cm土层,微生物量氮累积量显著高于20～40 cm土层,大棚中土壤固定态铵的累积量高于农田。③在0～40 cm土层范围内,除种植年限为16年的大棚外,其他种植年限大棚中铵态氮占全氮的比例均高于农田;不同种植年限大棚硝态氮占全氮的比例则均低于农田。有机形态氮占全氮比例最高,大棚土壤均高于农田土壤。【结论】全氮、全磷、全钾、电导率、速效磷、速效钾的养分含量整体上高于农田。土壤全氮与微生物量氮、固定态铵、铵态氮及硝态氮都存在显著或极显著的正相关。以有机形态为主的其它未测组分氮占全氮比例最高。     

基于无人机影像的作物土壤水分亏缺反演方法

【目的】基于无人机影像进行作物土壤水分亏缺反演研究有利于提高农田集约化管理效率,提升农田精准灌溉水肥空间分布信息高效获取技术水平。【方法】文章以冬小麦为例,采用大型喷灌机变量灌溉的方式,设置3个灌溉水平和6个不同施肥处理;利用无人机携带热红外、可见光、多光谱相机,规划航线飞行采集影像数据,结合田间布点取样校准,反演冬小麦长势;根据获取的无人机遥感影像,经图像拼接、数据提取等处理,获得田间不同试验小区光谱数据,计算植被指数,反演水肥指标,构建土壤水分反演模型。【结果】水分亏缺情境下,灌水的多少直接影响冬小麦的生理生长指标,灌水量越多,冬小麦株高和叶面积发育越好;3个灌溉水平处理间冠层温度差异在2～5℃;植被指数与灌溉处理一致性较好,而不同的施肥处理反演效果不理想。【结论】热红外影像反演作物冠层温度计算得到的作物水分亏缺指数可以展现冬小麦作物水分亏缺空间分布,作物水分亏缺指数与土壤水分平均含水率有很好的相关性。无人机遥感在田间水肥管理的应用有效提升了大田时空数据的获取能力,下一步应开展水肥时空变异性研究,探讨水肥精准施用技术,从理论和技术两方面着手提升精准管理水平。     

昆明市滇池片区耕地土壤养分含量空间分布及变化情况分析

【目的】全面了解昆明滇池片区耕地土壤养分的时空变化。【方法】对昆明滇池片区7个县(区)所采集的3907个农田土壤样品进行化验检测,结合"3S"技术,研究分析昆明市农田土壤养分含量的空间分布和变化情况。【结果】昆明滇池片区耕地土壤中有效硼含量处于中等水平的面积占70.08%,处于缺乏状态的占28.29%,有效锌含量处于中等的占63.18%,其它养分大部分面积是处于较丰富和丰富水平。从养分平均值来看,昆明滇池片区全氮、碱解氮属较丰富水平,而有机质、有效磷、速效钾均达到丰富水平。微量元素除有效硼属缺乏状态外,其余有效锰、有效锌、有效钼含量平均值都处于高或较高水平。总体来说,菜地和季节性蔬菜用地,养分含量最高,种植果树的旱地最低。【结论】昆明滇池片区耕地土壤整体养分含量水平处于丰富和较丰富状态,与第二次土壤普查相比,土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾的含量都在普遍上升。在施肥过程中,应结合耕地土壤质量提升技术,做到精准施肥,提高肥料利用率和土壤供肥能力。