Ước tính hàm lượng nitơ trong vỏ quả óc chó bằng máy ảnh siêu phổ UAV
Hạt óc chó là một loại cây trái cây hạt quan trọng và cây dầu gỗ ở Trung Quốc. Với hương vị độc đáo và giá trị dinh dưỡng phong phú, quả óc chó đứng đầu trong số bốn loại trái cây khô trên thế giới.Giai đoạn mở rộng trái là giai đoạn đầu tiên của sự phát triển của quả óc chó, chẳng hạn như dinh dưỡng không đủ trong giai đoạn này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và năng suất của trái cây sau này.giám sát và chẩn đoán hàm lượng nitơ của quả óc chó trong giai đoạn mở rộng rất quan trọng để kiểm soát sự phát triển của cây và điều chỉnh kịp thời kế hoạch quản lý tốt.
Trong nghiên cứu này, một máy ảnh siêu phổ 400-1000nm đã được áp dụng, và FS60, một sản phẩm của Hangzhou Color Spectrum Technology Co., LTD., có thể được sử dụng cho nghiên cứu liên quan.,độ phân giải bước sóng tốt hơn 2,5nm, và có thể đạt tới 1200 kênh quang phổ. Tốc độ thu thập có thể đạt 128FPS trong toàn bộ quang phổ,và tối đa sau khi chọn băng tần là 3300Hz (hỗ trợ chọn băng tần đa khu vực).
一、 Chuẩn bị trước
Để ước tính hàm lượng nitơ của mái vòm quả óc chó bằng máy ảnh siêu quang phổ UAV, trước tiên cần thu thập dữ liệu.và thực hiện các hoạt động bay theo tuyến đường và độ cao đã xác định trước trên Walnut GardenTrong chuyến bay, máy ảnh siêu phổ hình ảnh bao phủ quả óc chó ở một khoảng thời gian nhất định hoặc khoảng thời gian không gian để có được một lượng lớn dữ liệu hình ảnh siêu phổ.để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của dữ liệu, cũng cần phải thu thập một số dữ liệu tham chiếu đồng thời trên mặt đất, chẳng hạn như hàm lượng nitơ của lá óc chó và các thông số cấu trúc mái vòm được xác định bằng các phương pháp truyền thống.
二Kết quả và phân tích
Xác định phạm vi mái vòm, chiết xuất quang phổ mái vòm và xác minh độ chính xác Như thể hiện trong hình 2, hạt óc chó,đất và bóng chồng chéo ở một mức độ nhất định trong toàn bộ phạm vi băng tần của hình ảnh viễn cảm rừng óc chó 5 năm tuổiTrong phạm vi băng tần 520 ~ 600nm, độ phản xạ quang phổ của bóng là nhỏ hơn 0.10: sự khác biệt của độ phản xạ quang phổ của hạt óc chó và đất rõ ràng là không chồng chéo, và độ phản xạ quang phổ của cả hai lớn hơn 0,10 trong phạm vi này.độ phản xạ quang phổ của quả óc chó, đất và bóng khác nhau đáng kể. độ phản xạ quang phổ của quả óc chó lớn hơn 0,7 trong phạm vi 740-900nm,và độ phản xạ quang phổ của thực vật không phải mục tiêu khác thấp hơn 0.7Vì độ phản xạ quang phổ của hạt óc chó có thể được phân biệt với thực vật không phải mục tiêu khác trong ánh sáng xanh và băng tần cận hồng ngoại, nhưng không trong một hoặc một số băng tần, nó không thể được tính toán trong ENVI5.3 phần mềmDo đó, để tạo điều kiện cho quá trình chiết xuất trơn tru của dải mái quả óc chó,độ phản xạ quang phổ tối đa của mái vòm quả óc chó trong ánh sáng xanh lá cây và băng tần cận hồng ngoại được chọn trong nghiên cứu này Bw(550.7) và B ((779.4) đã được phân loại và xác định để xác định phạm vi mái vòm. Cây óc chó, đất và bóng được xác định trong phần mềm ENVI5.3, tức là khi độ phản xạ quang phổ ở B ((550.7) nhỏ hơn hoặc bằng 0.10 và độ phản xạ quang phổ tại B ((779.4) nhỏ hơn hoặc bằng 0.20, bóng được xác định và loại bỏ. Khi độ phản xạ quang phổ tại B ((550.7) lớn hơn 0,10 và B; Khi độ phản xạ quang phổ tại (779.4) nhỏ hơn hoặc bằng 0.70, nó được xác định là đất và loại bỏ; Khi độ phản xạ quang phổ ở B ((550.7) lớn hơn so với ở.0.10, độ phản xạ quang phổ tại B ((779.4) lớn hơn 0.70, cây óc chó được xác định là thực vật mục tiêu.
Ngoài ra, một máy vector hỗ trợ với độ chính xác tổng quát và phân loại tốt đã được sử dụng để chiết xuất phạm vi mái vòm,và độ chính xác của việc chiết xuất phạm vi mái vòm dựa trên các đặc điểm phổ được so sánhTrước hết, trong phần mềm ENVI5.3, các đối tượng mặt đất trong hình ảnh viễn thám được chia thành cây óc chó và hai loại khác (Hình 4), trong đó khu vực màu đỏ là mái vòm óc chó,và khu vực xanh là những người khácSự tách biệt giữa hai loại mẫu là 1.998, và sau đó SVM phân loại được chọn để phân loại được giám sát để có được kết quả phân loại ban đầu (Hình 5a).thường có một số mảng nhỏ trong kết quả phân loại, và độ chính xác của nó rất khó để đạt được mục đích của ứng dụng cuối cùng.và kết quả phân loại đáp ứng các yêu cầu thực tế được thu được (Hình 5b)Độ chính xác của kết quả phân loại đã được xác minh và hệ số Kappa là 0.997, và độ chính xác của bản đồ của cây trồng quả óc chó mục tiêu là 99,65%.Phần mềm Matab2014b đã được sử dụng để chồng chéo phạm vi mái vòm được xác định dựa trên các đặc điểm quang phổ trong nghiên cứu này với các điểm ảnh phạm vi mái vòm được xác định bằng phương pháp máy vector hỗ trợCó 4257 pixel chồng chéo trong phạm vi canopy, và số lượng pixel phạm vi canopy được chọn dựa trên các tính năng quang phổ chiếm 96.77% số lượng pixel trong máy vector hỗ trợ, với độ chính xác lập bản đồ 96,43%, độ chính xác cao, kết quả chồng chéo được hiển thị trong Hình 6
Hiện nay, ứng dụng máy ảnh siêu quang phổ UAV trong việc ước tính hàm lượng nitơ của mái vòm quả óc chó vẫn đang trong giai đoạn phát triển và cải tiến liên tục.với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, hiệu suất của máy ảnh siêu phổ sẽ được cải thiện hơn nữa, độ phân giải phổ và chất lượng hình ảnh sẽ cao hơn,và các phương pháp xử lý và phân tích dữ liệu sẽ thông minh hơn và tự động hơnĐồng thời, sự phát triển của công nghệ tổng hợp dữ liệu đa nguồn, chẳng hạn như sự kết hợp dữ liệu siêu phổ với dữ liệu lidar và dữ liệu hồng ngoại nhiệt,sẽ có thể có được thông tin phát triển toàn diện và chính xác hơn của cây óc chó, và tiếp tục cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của ước tính hàm lượng nitơ.Công nghệ camera siêu phổ UAV dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong lĩnh vực trồng hạt óc chó, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp hạt óc chó.
Tóm lại, máy ảnh siêu phổ UAV, như một công nghệ giám sát viễn thám tiên tiến, có triển vọng rộng và tiềm năng lớn trong việc áp dụng ước tính hàm lượng nitơ trong mái vòm quả óc chó.Ước tính chính xác và nhanh chóng về hàm lượng nitơ trong vỏ quả óc chó có thể cung cấp cơ sở khoa học cho người trồng óc chó để đưa ra quyết định phân bón, đạt được phân bón chính xác, cải thiện việc sử dụng phân bón, giảm lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường và thúc đẩy sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp hạt óc chó.