rededgemx多光譜相機(jī)估算水稻產(chǎn)量案例

rededgemx多光譜相機(jī)估算水稻產(chǎn)量案例

“民以食為天”，“無(wú)農(nóng)不穩(wěn)，無(wú)糧則亂”， 糧食問(wèn)題自古就是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的大事，必須得到足夠的重視。

    作物生長(zhǎng)狀況以及產(chǎn)量，關(guān)系到農(nóng)戶(hù)一整季甚至一整年的收入。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)方法存在效率低、精度差等問(wèn)題，難以提供及時(shí)可靠的資料。而通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感手段，一畝畝農(nóng)田被數(shù)字化成一幅幅電子地圖，能夠更好地監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)，并且提前預(yù)知當(dāng)季的作物產(chǎn)量。
從2017開(kāi)始，國(guó)家*湖北調(diào)查總隊(duì)連續(xù)開(kāi)展了3年的無(wú)人機(jī)遙感估產(chǎn)項(xiàng)目。承接該項(xiàng)目的武漢思眾空間信息科技有限公司向我們介紹了他們的工作：從無(wú)人機(jī)影像到水稻產(chǎn)量，這個(gè)過(guò)程并不簡(jiǎn)單。喬R介紹說(shuō)：“但簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們首先使用搭載多光譜相機(jī)的無(wú)人機(jī)，采集水稻的多光譜影像，然后通過(guò)無(wú)人機(jī)后處理軟件把影像轉(zhuǎn)化為NDVI植被指數(shù)地圖。把得到的NDVI地圖，結(jié)合各種因子（氣溫、降水、肥料等）輸入到估產(chǎn)模型中，就得到了水稻產(chǎn)量分布。”

野外——水稻光譜信息采集

估產(chǎn)項(xiàng)目位于湖北省..........，兩村面積共計(jì)14平方公里。
在水稻的整個(gè)生長(zhǎng)周期中，工作人員需要在3個(gè)生長(zhǎng)階段進(jìn)行無(wú)人機(jī)影像采集，它們分別是分蘗期，抽穗期和灌漿期。影像采集通常在上午9點(diǎn)至下午5點(diǎn)之間進(jìn)行，時(shí)間為上午10點(diǎn)至下午2點(diǎn)。根據(jù)工作人員的經(jīng)驗(yàn)，上述時(shí)間擁有的飛行和拍攝條件，數(shù)據(jù)精度也更高。rededgemx多光譜相機(jī)估算水稻產(chǎn)量案例

△無(wú)人機(jī)正在采集水稻多光譜影像
通過(guò)多次比較，工作人員找到了有效率的飛行參數(shù)，設(shè)置如下：地面分辨率10厘米，航向重疊度75%，旁向重疊度65%。另外，在每個(gè)村莊布設(shè)17個(gè)控制點(diǎn)，以保證成果精度。
在飛行硬件的選擇上，經(jīng)過(guò)精挑細(xì)選，入選的是大疆M200無(wú)人機(jī)，Sequoia紅衫多光譜相機(jī)和Rededge-MX紅邊多光譜相機(jī)。喬經(jīng)理特意強(qiáng)調(diào)：“估產(chǎn)工作對(duì)多光譜相機(jī)的要求很高，我們比較了市面上數(shù)款多光譜相機(jī)，認(rèn)可的還是紅衫和紅邊這兩款。”
喬經(jīng)理告訴我們：“天氣是野外數(shù)據(jù)采集的挑戰(zhàn)，如果生長(zhǎng)階段都在下雨，就可能會(huì)錯(cuò)過(guò)采集數(shù)據(jù)的時(shí)期：一是雨天不能飛行，二是雨水會(huì)影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所以事先掌握天氣狀況是非常重要的。”

室內(nèi)——水稻產(chǎn)量模擬

結(jié)束了飛行后，接下來(lái)工作人員要對(duì)無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在水稻的每一個(gè)生長(zhǎng)階段，從無(wú)人機(jī)輸出的影像都多達(dá)8000張彩色照片，以及3-4萬(wàn)張多光譜影像。這些影像被導(dǎo)入到Pix4Dmapper軟件中進(jìn)行自動(dòng)化處理，生成NDVI植被指數(shù)。

喬經(jīng)理告訴我們，分蘗期、抽穗期和灌漿期是水稻的三個(gè)關(guān)鍵生長(zhǎng)階段，這三期的NDVI數(shù)據(jù)能夠很好地幫助進(jìn)行作物生長(zhǎng)情況預(yù)判。獲得全部三期NDVI數(shù)據(jù)后，再結(jié)合氣溫，降水，肥料等數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到武漢思眾自行研發(fā)的水稻產(chǎn)量模型中進(jìn)行計(jì)算，生成水稻產(chǎn)量分布圖。rededgemx多光譜相機(jī)估算水稻產(chǎn)量案例

在該項(xiàng)目中，使用的是一臺(tái)i7 CPU, 32G內(nèi)存的電腦，對(duì)于一個(gè)村的數(shù)據(jù)量，從影像到NDVI指數(shù)地圖，所需時(shí)間約為1周。喬經(jīng)理說(shuō)：“數(shù)據(jù)處理的大部分時(shí)間都用于NDVI指數(shù)的生成，但是Pix4Dmapper對(duì)多光譜影像能自動(dòng)進(jìn)行輻射校準(zhǔn)，這大大減輕了我們的工作負(fù)擔(dān)。另外，輻射校準(zhǔn)功能也會(huì)顯著提高結(jié)果的準(zhǔn)確度。“

△枝江市萬(wàn)水橋村NDVI指數(shù)圖，NDVI可以清楚指示植物的健康程度

△枝江市萬(wàn)水橋村的水稻產(chǎn)量分布圖，圖中標(biāo)明每個(gè)地塊的預(yù)估產(chǎn)量

△ 枝江市袁碼頭村NDVI指數(shù)圖

△枝江市袁碼頭村水稻產(chǎn)量分布圖
在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度方面，喬經(jīng)理告訴我們，每年他們都會(huì)利用當(dāng)年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)估產(chǎn)模型進(jìn)行校準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)2017和2018年的數(shù)據(jù)積累與校準(zhǔn)，2019年的產(chǎn)量預(yù)測(cè)基本是很準(zhǔn)確的。

產(chǎn)量預(yù)估的價(jià)值

    提交的成果包括：水稻種植變化情況，NDVI植被指數(shù)圖以及產(chǎn)量分布圖。不僅是*，這些數(shù)據(jù)對(duì)于農(nóng)場(chǎng)、植保隊(duì)、以及保險(xiǎn)公司都是非常有價(jià)值的。另外，這些數(shù)據(jù)還可以指示植被的生長(zhǎng)狀況，并依此進(jìn)行更有針對(duì)性的施肥和噴藥，達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。
喬經(jīng)理對(duì)無(wú)人機(jī)遙感的價(jià)值和前景充滿(mǎn)信心：“我們的這個(gè)水稻測(cè)產(chǎn)模型適用于大多數(shù)品種的水稻，也適用于各種氣候條件。之前在一次會(huì)議上，有農(nóng)場(chǎng)對(duì)我們的工作表現(xiàn)出強(qiáng)烈興趣，因?yàn)樘崆爸喇a(chǎn)量，對(duì)于評(píng)估農(nóng)作物市場(chǎng)價(jià)格具有很大的指導(dǎo)意義。目前已基本確定，此無(wú)人機(jī)遙感項(xiàng)目將會(huì)在2020年繼續(xù)開(kāi)展下去。”