[发明专利]一种基于无人机遥感的大田作物水分胁迫监测方法

说明书

本发明涉及一种基于无人机遥感的大田作物水分胁迫监测方法，属于农业信息技术领域。为了解决现有大田作物水分胁迫监测技术中费时、费力、成本较高，并且没有考虑土壤、作物等的空间变异性的问题，本发明基于最新的无人机多光谱遥感技术，结合基于地面红外测温技术和空气温湿度数据建立作物水分胁迫指数（Crop Water Stress Index，CWSI）经验模型，提出了一种大田作物水分胁迫状况高时空分辨率分布图的低成本、快速获取方法，旨在为田间灌溉管理提供技术支持，促进农业信息化。该方法主要包括：无人机多光谱图像采集高度设计及地面分辨率计算；地面采样区域尺度设计；冠层温度、空气温湿度数据采集及CWSI模型建立；无人机多光谱遥感图像采集及植被指数提取；数据匹配与CWSI反演模型建立；大田作物水分胁迫状况分布图获取等六个主要步骤。

技术领域

本发明涉及一种基于无人机遥感的大田作物水分胁迫监测方法，属于农业信息技术领域。

背景技术

提高农业用水效率是有限水资源可持续利用的重要部分，制定科学、合理的灌溉方案可以在不减产或少量减产的情况下节约大量农业用水。然而，为了实现作物产量与灌溉用水之间的微妙平衡需要有效地诊断大田作物水分状况。传统的基于土壤含水率与作物生理特性的监测方法费时、费力、成本较高，并且没有考虑土壤、作物等的空间变异性，无法低成本、快速地获取大田作物水分胁迫状况，进而难以制定科学、合理的灌溉方案。

基于遥感技术的作物水分胁迫监测方法具有测量可靠、非破坏性和劳动强度低等优势，可以分为卫星遥感技术、航空遥感技术、地面遥感技术和无人机遥感技术等4类。卫星遥感技术时空分辨率低，易受天气影响；航空遥感技术操作难度大、作业成本高；地面遥感技术费时、费力、作业成本高，且没有考虑土壤、作物等的空间变异性，同样无法低成本、快速地获取大田作物水分胁迫状况。无人机遥感平台成本低、易于构建、运载便利、灵活性高、作业周期短、影像数据分辨率高，在多时相、地物的识别能力上具有独有的优势，使得大田作物水分胁迫的低成本、快速监测成为可能。

发明内容

为了解决大田作物水分胁迫监测技术的不足，本发明提供了一种基于无人机遥感的大田作物水分胁迫监测方法，可以低成本、快速获取大田作物水分胁迫状况分布图，为田间灌溉管理提供技术支持，促进农业信息化。

1、为实现上述目的，本发明提供一种大田作物水分胁迫监测方法，包括以下步骤：

（1）无人机多光谱图像采集高度设计及地面分辨率计算：

无人机多光谱遥感图像的拖影大小与多光谱遥感图像采集系统的飞行高度、飞行速度、多光谱相机焦距以及快门时间的相关关系由下式确定：

（1）

式中b为拖影大小（um），v为无人机飞行速度（m/s），t为快门时间（s），f为相机焦距（mm），h为无人机飞行高度（m）。为了保证无人机多光谱数据的有效性，在采集参数设计时要求拖影小于0.5个像元。

无人机多光谱遥感图像的地面分辨率（GSD）是表征光谱数据的重要参数，由下式计算：

（2）

式中GSD为地面分辨率（m），a为多光谱传感器像元尺度（um），f为相机焦距（mm），h为无人机飞行高度（m）。

（2）地面样方尺度设计：

为了更好的完成无人机多光谱数据与地面CWSI数据的匹配，提高CWSI反演模型的精度，需要合理的设计地面数据采样区域尺寸。本方法中地面数据采集样方区域为正方形，其边长为200*GSD。

（3）地面数据采集及CWSI模型建立：