2025/01/22
Estimation de la teneur en azote dans la canopée de noix par caméra hyperspectrale UAV
Le noyer est un arbre fruitier important et une espèce d'arbre à huile ligneuse en Chine.Le stade d'expansion des fruits est la première étape du développement des noix., comme une nutrition insuffisante à ce stade affectera directement la qualité et le rendement des fruits ultérieurs.la surveillance et le diagnostic de la teneur en azote des noix au stade de croissance sont d'une grande importance pour contrôler la croissance des arbres et adapter le plan de gestion en temps opportun..
Dans cette étude, une caméra hyperspectrale de 400-1000 nm a été appliquée et FS60, un produit de Hangzhou Color Spectrum Technology Co., LTD., pourrait être utilisé pour des recherches connexes.,la résolution de longueur d'onde est meilleure que 2,5 nm et jusqu'à 1200 canaux spectraux peuvent être atteints. La vitesse d'acquisition peut atteindre 128 FPS dans le spectre complet,et le maximum après sélection de bande est de 3300 Hz (support de sélection de bande multi-région).
一、Préparation préalable
Afin d'estimer la teneur en azote de la canopée de noix par caméra hyperspectrale UAV, la collecte de données est nécessaire en premier lieu.et effectuer des vols conformément à la trajectoire et à l'altitude prédéterminées au-dessus du Walnut GardenAu cours du vol, la caméra hyperspectrale imprime la canopée de noix à un certain intervalle de temps ou d'espace pour obtenir une grande quantité de données d'image hyperspectrale.afin de garantir l'exactitude et la fiabilité des données, il est également nécessaire de recueillir simultanément sur le terrain certaines données de référence, telles que la teneur en azote des feuilles de noix et les paramètres de la structure du couvert déterminés par des méthodes traditionnelles.
二、Résultats et analyse
Détermination de l'amplitude du couvert, extraction du spectre du couvert et vérification de la précision Comme indiqué à la figure 2, la noixle sol et l'ombre se chevauchent dans une certaine mesure dans toute la gamme de bandes de l'image de télédétection de la forêt de noix de 5 ansDans la bande de 520 à 600 nm, la réflectance spectrale des ombres est inférieure à 0.10: la différence de réflectance spectrale de la noix et du sol ne se chevauche évidemment pas et la réflectance spectrale des deux est supérieure à 0,10 dans cette plage.la réflectance spectrale de la noixLa réflectance spectrale de la noix est supérieure à 0,7 dans la plage 740-900 nm,et la réflectance spectrale des autres végétaux non cibles est inférieure à 0.7Comme la réflectance spectrale de la noix peut être distinguée des autres végétaux non cibles dans la lumière verte et la bande proche infrarouge, mais pas dans une ou quelques bandes, elle ne peut pas être calculée en ENVI5.3 logicielsPar conséquent, afin de faciliter le processus d'extraction en douceur de la gamme de canopée de noix,la réflectance spectrale maximale de la canopée de noix dans la lumière verte et la bande infrarouge proche est sélectionnée dans cette étude Bw(550.7) et B ((779.4) ont été classés et identifiés pour déterminer la gamme de la canopée.7) est inférieur ou égal à 0.10 et la réflectance spectrale à B ((779.4) est inférieure ou égale à 0.20, l'ombre est identifiée et éliminée. Lorsque la réflectance spectrale à B ((550.7) est supérieure à 0,10 et B; Lorsque la réflectance spectrale à (779.4) est inférieure ou égale à 0.70Lorsque la réflectance spectrale à B ((550.7) est supérieure à celle à0.10, la réflectance spectrale à B ((779.4) est supérieure à 0.70, l'arbre de noix est identifié comme végétation cible.
En outre, une machine vectorielle de support avec une bonne précision de généralisation et de classification a été utilisée pour extraire la plage de canopée,et l'exactitude de l'extraction de la plage de canopée basée sur les caractéristiques spectrales a été comparéeTout d'abord, dans le logiciel ENVI5.3, les objets au sol dans les images de télédétection sont divisés en arbres de noyer et deux autres types (figure 4), dans lesquels la zone rouge est la canopée de noyer,et la zone verte est l'autreLa séparabilité entre les deux types d'échantillons était de 1.998, puis le classificateur SVM a été sélectionné pour la classification supervisée afin d'obtenir les résultats de classification initiaux (Fig. 5a).Il y avait souvent des petits défauts dans les résultats de classification, et sa précision était difficile à atteindre pour l'application finale. Par conséquent, la méthode de traitement des petits patchs majoritaire a été adoptée pour traiter les résultats du classement préliminaire,et les résultats de classification répondant aux exigences réelles ont été obtenus (figure 5b)L'exactitude des résultats de classification a été vérifiée et le coefficient Kappa était de 0.997, et l'exactitude de la cartographie de la végétation cible était de 99,65%.Le logiciel Matab2014b a été utilisé pour chevaucher la plage de canopée déterminée sur la base des caractéristiques spectrales dans cette étude avec les pixels de la plage de canopée identifiés par la méthode de la machine vectorielle de support.Il y avait 4257 pixels qui se chevauchaient dans la plage de canopée, et le nombre de pixels de la plage de canopée sélectionnés sur la base des caractéristiques spectrales représentait 96.77% du nombre de pixels dans la machine vectorielle de support, avec une précision de cartographie de 96,43%, haute précision, résultats qui se chevauchent sont montrés sur la figure 6
À l'heure actuelle, l'application de la caméra hyperspectrale UAV pour estimer la teneur en azote de la canopée de noix est encore en phase de développement et d'amélioration continus.avec le progrès continu de la technologie, les performances des caméras hyperspectrales seront encore améliorées, la résolution spectrale et la qualité d'imagerie seront plus élevées,et les méthodes de traitement et d'analyse des données seront plus intelligentes et automatiséesDans le même temps, le développement d'une technologie de fusion de données multi-sources, telle que la combinaison de données hyperspectrales avec des données lidar et des données infrarouges thermiques,Il sera possible d'obtenir des informations plus complètes et plus précises sur la croissance des noix.En outre, avec la promotion approfondie du concept de l'agriculture de précision, les paysages sont devenus plus productifs et plus sûrs.La technologie de caméra hyperspectrale UAV devrait être plus largement utilisée dans le domaine de la plantation de noix, fournissant un soutien technique solide au développement durable de l'industrie des noix.
En résumé, la caméra hyperspectrale des drones, en tant que technologie de surveillance de télédétection avancée, présente de larges perspectives et un grand potentiel dans l'application de l'estimation de la teneur en azote de la canopée de noix.Une estimation précise et rapide de la teneur en azote du couvert des noix peut fournir une base scientifique aux producteurs de noix pour prendre des décisions de fertilisation, réaliser une fertilisation précise, améliorer l'utilisation des engrais, réduire le gaspillage des ressources et la pollution de l'environnement et promouvoir le développement de haute qualité de l'industrie des noix.
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