基于高光譜遙感監(jiān)測(cè)的植被指數(shù)測(cè)試
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)包含信息獲取、信息管理和決策及變量作業(yè)3個(gè)部分,其中如何方便、快速、準(zhǔn)確、可靠地獲取作物信息,已經(jīng)成為實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵的問(wèn)題。養(yǎng)分生理指標(biāo)作為作物內(nèi)部指標(biāo),與作物生長(zhǎng)的狀態(tài)以及產(chǎn)量密切相關(guān)。如氮、磷、鉀、鋅等營(yíng)養(yǎng)元素與作物生長(zhǎng)狀態(tài)密切相關(guān),缺少任何一種元素都可能會(huì)引起植物的不正常生長(zhǎng);而氮、葉綠素含量、冠層參數(shù)等指標(biāo)與作物的產(chǎn)量相關(guān),可以作為作物產(chǎn)量預(yù)估指標(biāo);當(dāng)作物受到環(huán)境脅迫時(shí),其生理信息和外部形態(tài)都會(huì)發(fā)生改變,如受到病蟲(chóng)害侵染時(shí),作物會(huì)作出應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生酶以及某些產(chǎn)物。因此,作物當(dāng)中一些特定的酶含量、氨基酸含量、蛋白含量的變化反映了作物在逆境中的狀況,可以作為作物逆境脅迫響應(yīng)指標(biāo)。目前隨著光譜傳感技術(shù)和圖像處理分析技術(shù)的日益發(fā)展,無(wú)人機(jī)與光譜軟硬件的結(jié)合也越發(fā)純熟。在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、資源、生態(tài)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。
高光譜圖像的光譜分辨率更高,能夠更好地獲取樣本的信息,對(duì)于監(jiān)測(cè)作物信息精度更高。然而,由于高光譜圖像通常攜帶有大量的信息,因此需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維,去除冗余信息。高光譜成像技術(shù)也有它的局限性,如成本高,處理速度慢等。因此,高光譜成像技術(shù)主要用于基礎(chǔ)研究。相比高光譜成像技術(shù),多光譜成像技術(shù)更適合田間的大面積監(jiān)測(cè)。
植被指數(shù)
植被指數(shù)是一類具有一定生化意義的不同波段光譜值的組合,通常有比值植被指數(shù)、線性組合植被指數(shù)、修正植被指數(shù)、差值植被指數(shù)等。不同波段組合的植被指數(shù)對(duì)于不同指標(biāo)預(yù)測(cè)效果不同。在農(nóng)業(yè)上,基于光譜技術(shù)檢測(cè)作物生理指數(shù)的波段范圍一般在400~2 500 nm之間,涉及到色素(葉綠素、類胡蘿卜素等)、氮、水分等吸收和葉片細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在400~740 nm 可見(jiàn)光波段,葉綠素在480、650、670~680、740 nm 處有吸收峰,類胡蘿卜素在 420、425、440、450、470、480 nm均有吸收峰,葉黃素在 425、445、475 nm 有吸收峰。而在 740~1 300 nm 近紅外波段由于健康的葉肉細(xì)胞反射作用,其反射率急劇升高;作物水分的吸收峰主要集中在970、1 450、1 944 nm 處。因此當(dāng)作物受到脅迫作用時(shí),相應(yīng)的氮、色素、酶等發(fā)生變化,通過(guò)應(yīng)用各種植被指數(shù)監(jiān)測(cè)這些生理指標(biāo)變化,可判斷作物脅迫情況、生長(zhǎng)狀況以及產(chǎn)量情況。然而,多光譜只有區(qū)區(qū)幾個(gè)波段,雖然能構(gòu)建一些植被指數(shù),但是構(gòu)建的植被指數(shù)未必能反映作物的生理生化信息及長(zhǎng)勢(shì)狀態(tài)。高光譜則不同,其數(shù)百上千個(gè)波段信息,即使同一植被指數(shù),也能有成千上萬(wàn)種組合,而這么多種組合以及這么多的植被指數(shù),總能找到適合監(jiān)測(cè)作物的生理生化信息及長(zhǎng)勢(shì)狀態(tài)的敏感指數(shù)。
圖1 無(wú)人機(jī)高光譜影像下作物長(zhǎng)勢(shì)分布圖
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