变化光环境下多光谱影像的辐射校正及玉米长势监测

作     者：薛贝贝 

作者单位：中国农业科学院 

学位级别：硕士

导师姓名：王克如

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 09[农学] 080203[工学-机械设计及理论] 0901[农学-作物学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：玉米 多光谱监测 辐射校正 环境光变化 

摘      要：掌握及时准确的长势信息是实现作物高产、高效、优质生产的关键,具有快速、无损、准确、灵活、成本低等优点的无人机多光谱遥感技术在作物监测领域发展迅速。光学传感器对变化光环境敏感,在大田条件下,天气及时间因素引起的变化光环境又不可避免,极大地限制了无人机多光谱系统在农业中的应用。本研究从辐射校正方法对变化光环境的消减,以及变化光环境(天气和时间)对玉米长势监测的影响两个方面开展,探索变化光环境对多光谱数据产生的影响及消除环境光影响的解决方案,为实现变化光环境下的作物监测提供理论支撑。主要研究结果如下:(1)本研究提出的实时辐射校正参考板(real-time CRP)方法校正后的固定地物反射率随着时间的变化最稳定,且和标准的地物反射率更接近。说明相比传统的下行光传感器(DLS)和预辐射校正参考板(pre-CRP)校正方法,real-time CRP校正方法在不同天气条件下具有更高的稳定性和准确性。(2)晴天条件下地上生物量、叶面积指数、冠层叶绿素含量和植被指数的相关系数分别在0.74、0.89、0.74左右;多云条件下地上生物量、叶面积指数冠层叶绿素含量和植被指数的相关系数分别在0.74、0.82、0.67左右。说明相比冠层叶绿素含量,玉米地上生物量和叶面积指数的监测受天气条件的影响更小。另外在不同天气条件下,玉米的TVI和EVI基本不变,NDVI、OSAVI、MSR、RVI、NDRE、CI和玉米实测参数的模型斜率基本不变,说明在多云天气条件下有通过数学方法实现作物精准监测的潜力。(3)拔节期玉米实测指标和9:00、12:00、15:00植被指数的相关系数分别在0.65,0.7,0.57左右,孕穗期玉米实测指标和9:00、12:00、15:00植被指数的相关系数分别在0.7,0.8,0.8左右;地上生物量、叶面积指数、冠层叶绿素含量和各时间、12:00、15:00植被指数的相关系数分别为9:00:0.62,0.62,0.57;12:00:0.67,0.70,0.72;15:00:0.57,0.57,0.5。说明时间影响玉米长势监测的准确性且12:00是最佳的监测时间;叶面积指数及地上生物量的监测受时间影响更小。综上,在变化光环境下,相比传统辐射校正方法本研究提出的real-time CRP方法具有更高的稳定性和准确性;在结构参数(叶面积指数和地上生物量)比生理参数(冠层叶绿素含量)的监测更准确。因此,在变化光环境下,采用real-time CRP辐射校正方法,并在作物结构参数的监测上其精度及准确性更高。