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南京农业大学学报 2022年第4期45卷 799-808页

作者：闫春雨黎文华兰玉彬胡传旭鲁力群赵静山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255049 山东理工大学国际精准农业航空应用技术研究中心山东淄博255049 山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255049

[目的]本研究旨在解决人工监测棉花脱叶催熟效果耗时、费力等问题。[方法]利用四旋翼无人机获取喷施棉花脱叶剂前后4次多光谱图像,采用Pix4Dmapper软件拼接无人机图像,计算土壤调整植被指数(SAVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI... 详细信息

[目的]本研究旨在解决人工监测棉花脱叶催熟效果耗时、费力等问题。[方法]利用四旋翼无人机获取喷施棉花脱叶剂前后4次多光谱图像,采用Pix4Dmapper软件拼接无人机图像,计算土壤调整植被指数(SAVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)和归一化植被指数(NDVI)4种植被指数,利用最大熵阈值法和植被指数阈值法提取棉叶覆盖信息。利用支持向量机对喷施脱叶剂的棉花进行监督分类,对4次采集的多光谱图像总体分类精度均大于97%,Kappa系数均大于0.95,因此将支持向量机分类结果作为真值,对最大熵阈值法和基于植被指数阈值法提取的棉花脱叶信息进行验证。将最佳提取方法用于建立棉花脱叶效果监测模型,代替人工监测棉花脱叶效果。根据最佳脱叶效果监测模型制作第2次脱叶剂施药处方图,指导第2次脱叶剂的变量喷施。[结果]在整个棉花脱叶过程中,基于SAVI_(840)植被指数阈值法监测棉花脱叶效果优于基于RVI_(940)最大熵阈值法,前者为最优监测棉花脱叶效果的模型,将最优监测模型提取的结果与田间调查棉叶数拟合,对数模型的R^(2)最高,为0.96,说明无人机遥感监测棉花脱叶效果可行;根据最优监测模型提取棉叶信息制作变量喷施处方图进行施药并验证,结果表明施药效果较好,与常规定量施药相比,可节约农药7.39%,最高节药率达14.61%。[结论]无人机遥感技术可以代替人工大面积、快速和准确监测棉花脱叶效果,利用监测结果生成的处方图进行变量施药,可实现减药增效。

关键词：无人机遥感棉花脱叶效果监测模型处方图变量施药

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基于无人机遥感的棉花脱叶效果监测及应用研究

基于无人机遥感的棉花脱叶效果监测及应用研究

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作者：闫春雨山东理工大学

学位级别：硕士

目前棉花脱叶剂一般为两次均匀喷施,在第二次喷施时,部分区域出现施药量不足导致脱叶不全和施药过量引起棉叶烧焦挂枝的问题,增加了机械化采棉的含杂率。传统棉花脱叶催熟效果的监测主要是通过人工实际调查,存在耗时、费力和低效等问题... 详细信息

目前棉花脱叶剂一般为两次均匀喷施,在第二次喷施时,部分区域出现施药量不足导致脱叶不全和施药过量引起棉叶烧焦挂枝的问题,增加了机械化采棉的含杂率。传统棉花脱叶催熟效果的监测主要是通过人工实际调查,存在耗时、费力和低效等问题。本文采用无人机获取喷施棉花脱叶剂前后4次可见光和多光谱图像,利用最大熵阈值法、植被指数阈值法和基于K-Means聚类法建立棉花脱叶效果监测模型;根据最佳脱叶效果监测模型制作第二次脱叶剂施药处方图,为第二次变量喷施提供数据支持,减少农药对环境的污染。(1)以中棉100为研究对象,分别喷洒北极风和欣噻利两种棉花脱叶剂,对脱叶效果进行调查,结果表明:两种典型的脱叶剂均可完成脱叶任务,但欣噻利脱叶剂的脱叶催熟效果优于北极风脱叶剂。(2)对无人机获取的棉田可见光和多光谱影像进行拼接,制作了试验棉田的数字正射影像图(Digital Orthophoto Map,DOM)和数字地表模型(Digital Surface Model,DSM)。(3)基于获取的可见光图像和多光谱图像,利用植被指数、颜色特征、DSM数据和纹理特征,结合最大熵阈值法、植被指数阈值法和基于K-Means聚类法提取棉叶覆盖度,确定了单次最佳棉叶覆盖度提取方法和全脱叶期棉花脱叶效果的监测模型。结果表明,对于可见光数据,前3次棉叶覆盖度最佳提取方法均为最大熵阈值法、第4次棉叶覆盖度最佳提取方法为植被指数阈值法,全脱叶期棉花脱叶效果的最佳监测模型为基于MGRVI植被指数阈值法,该方法提取的四个时期的棉叶覆盖度为79.79%、77.59%、26.5%和12.77%;对于多光谱数据,4次棉叶覆盖度最佳提取方法分别为植被指数阈值法、基于K-Means的聚类法、植被指数阈值法和基于K-Means的聚类法,全脱叶期棉花脱叶效果的最佳监测模型为基于SAVI指数阈值法,该方法提取的棉叶覆盖度为64.61%、62.58%、34.98%和28.84%。(4)利用本文获得的最佳监测模型提取新疆棉花试验田的棉叶覆盖信息,制作施药处方图,进行第二次脱叶剂变量喷施,并对施药效果进行验证,试验结果表明,根据施药处方图进行变量施药可节省农药使用量,节药率最低为7.39%,最高可达14.61%。

关键词：无人机遥感棉花脱叶效果监测模型处方图变量施药

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