Estimativa do teor de nitrogénio no dossel da noz por câmara hiperspectral do UAV

A noz é uma importante árvore de frutas secas e uma espécie de árvore de óleo lenhosa na China.O estágio de expansão do fruto é o primeiro estágio do desenvolvimento do fruto da noz, como a nutrição insuficiente nesta fase afetará directamente a qualidade e o rendimento dos frutos posteriores.A monitorização e o diagnóstico do teor de nitrogénio dos frutos da noz na fase de expansão são de grande importância para controlar o crescimento das árvores e ajustar o plano de gestão adequado a tempo.

Neste estudo, uma câmera hiperespectral de 400-1000nm foi aplicada, e FS60, um produto da Hangzhou Color Spectrum Technology Co., LTD., poderia ser usado para pesquisas relacionadas.,a resolução do comprimento de onda é melhor que 2,5 nm e podem ser alcançados até 1200 canais espectrais. A velocidade de aquisição pode atingir 128 FPS em todo o espectro,e o máximo após a seleção da faixa é 3300Hz (suporte à seleção da faixa multi-região).

一Preparação preliminar

A fim de estimar o teor de nitrogénio do dossel de nozes por câmara hiperspectral do UAV, é necessária, em primeiro lugar, a recolha de dados.e realizar operações de voo de acordo com a rota e a altitude predeterminadas sobre o Walnut GardenDurante o voo, a câmara hiperespectral grafica o dossel da noz num certo intervalo de tempo ou espaço para obter uma grande quantidade de dados de imagem hiperespectral.A fim de garantir a precisão e a fiabilidade dos dados, é igualmente necessário recolher simultaneamente no solo alguns dados de referência, tais como o teor de azoto das folhas de nozes e os parâmetros da estrutura do dossel determinados por métodos tradicionais.

二、 Resultados e análise

Determinação do intervalo do dossel, extracção do espectro do dossel e verificação da precisãosobreposição do solo e da sombra em certa medida em toda a faixa de banda da imagem de teledetecção da floresta de nozes de 5 anosNo intervalo de banda de 520~600nm, a reflectância espectral das sombras é inferior a 0.10A diferença de refletividade espectral da noz e do solo não se sobrepõe, e a refletividade espectral de ambos é superior a 0,10 nesta faixa.a reflectância espectral da nozA refletividade espectral da noz é superior a 0,7 na faixa 740-900 nm,e a reflectância espectral de outras vegetações não visadas é inferior a 0.7Dado que a reflectância espectral da noz pode ser distinguida de outras vegetações não visadas na luz verde e na faixa infravermelha próxima, mas não numa ou em algumas faixas, não pode ser calculada em ENVI5.3 softwarePor conseguinte, a fim de facilitar o processo de extracção suave da faixa de copas de nozes,A refletividade espectral máxima do dossel da noz na luz verde e na faixa infravermelha próxima é selecionada neste estudo Bw(550.7) e B ((779.4) foram classificados e identificados para determinar a faixa do dossel. árvore de noz, solo e sombra são definidos no software ENVI5.3, ou seja, quando a reflectância espectral em B ((550.7) é igual ou inferior a 0.10 e a reflectância espectral em B ((779.4) é igual ou inferior a 0.20, a sombra é identificada e eliminada. Quando a reflectância espectral em B ((550.7) é maior que 0,10 e B; Quando a reflectância espectral em (779.4) é menor ou igual a 0.70, é identificado como solo e removido; Quando a reflectância espectral em B ((550.7) é maior do que a em.0.10, a reflectância espectral em B ((779.4) é maior que 0.70, a noz é identificada como a vegetação alvo.

Além disso, foi utilizada uma máquina vetorial de suporte com boa generalização e precisão de classificação para extrair a faixa do dossel,e a precisão da extração da faixa do dossel baseada em características espectrais foi comparadaEm primeiro lugar, no software ENVI5.3, os objetos do solo nas imagens de sensoriamento remoto são divididos em árvore de nozes e outros dois tipos (Figura 4), em que a área vermelha é o dossel de nozes,e a área verde é a outraA separabilidade entre os dois tipos de amostras foi de 1.998, e, em seguida, foi selecionado um classificador SVM para classificação supervisada para obter os resultados originais da classificação (Fig. 5a).Os resultados da classificação apresentaram frequentemente pequenas falhas., e a sua precisão era difícil de atingir o objectivo da aplicação final.e foram obtidos os resultados da classificação que satisfazem os requisitos reais (Figura 5b)A precisão dos resultados da classificação foi verificada e o coeficiente Kappa foi de 0.997, e a precisão de mapeamento da vegetação alvo foi de 99,65%.O software Matab2014b foi utilizado para sobrepor a faixa do dossel determinada com base em características espectrais neste estudo com os pixels da faixa do dossel identificados pelo método da máquina vetorial de suporte.Houve 4257 pixels sobrepostos na faixa de canopy, e o número de pixels da faixa de canopy selecionados com base em características espectral representou 96.77% do número de pixels na máquina vetorial de suporte, com uma precisão de mapeamento de 96,43%, alta precisão, resultados sobrepostos são mostrados na Figura 6

No momento, a aplicação da câmara hiperspectral de UAV na estimativa do teor de nitrogénio do dossel de nozes ainda está na fase de desenvolvimento e melhoria contínuos.Com o progresso contínuo da tecnologia, o desempenho das câmaras hiperspectrais será ainda melhorado, a resolução espectral e a qualidade da imagem serão mais elevadas,e os métodos de processamento e análise de dados serão mais inteligentes e automatizadosAo mesmo tempo, o desenvolvimento da tecnologia de fusão de dados de várias fontes, como a combinação de dados hiperespectrais com dados lidar e dados infravermelhos térmicos,Os resultados da pesquisa mostraram que a produção de nozes é mais eficaz do que a produção de nozes.Além disso, com a promoção aprofundada do conceito de agricultura de precisão, a agricultura de precisão é uma actividade que se desenvolve em todos os Estados-Membros.Espera-se que a tecnologia de câmera hiperespectral UAV seja mais amplamente utilizada no campo da plantação de nozes, fornecendo um forte apoio técnico para o desenvolvimento sustentável da indústria de nozes.

Em resumo, a câmara hiperspectral dos UAV, como tecnologia avançada de monitorização por teledetecção, tem uma ampla perspectiva e um grande potencial na aplicação da estimativa do teor de nitrogénio no dossel das nozes.Uma estimativa precisa e rápida do teor de nitrogênio no dossel da noz pode fornecer uma base científica para os produtores de noz tomarem decisões de fertilização, alcançar uma fertilização precisa, melhorar a utilização de fertilizantes, reduzir o desperdício de recursos e a poluição ambiental e promover o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de nozes.