無(wú)人機搭載多光譜相機在植被監測中的應用

無(wú)人機搭載多光譜相機在植被監測中的應用

    隨著(zhù)“無(wú)人機+”時(shí)代的不斷深入，無(wú)人機產(chǎn)業(yè)可以應用到各行各業(yè)，小到消費的航拍攝影，大到無(wú)人機的行業(yè)應用。人們讓無(wú)人機搭載高分辨率CCD相機、熱紅外相機、多鏡頭相機等各種傳感器系統獲取數據，從而滿(mǎn)足航拍、電力巡線(xiàn)、建模等行業(yè)的需求。

    2017年1月，深圳市鵬錦科技有限公司應客戶(hù)要求順利完成冬小麥前期的長(cháng)勢監測任務(wù)。

    理論基礎

    農業(yè)上使用的無(wú)人機種類(lèi)繁多，有無(wú)人直升機、固定翼無(wú)人機、多旋翼無(wú)人機等多種機型。伯鐳選用的是多旋翼無(wú)人機輔助作業(yè)，優(yōu)勢如下：

    1)相對無(wú)人直升機，多旋翼操作簡(jiǎn)單，成本低；

    2)相對于固定翼無(wú)人機，多旋翼無(wú)人機可以根據需要調節飛行速度，載荷相對大些，可以根據需要搭載各種傳感器；

    3)多旋翼無(wú)人機飛行速度可控，飛行高度可調且可以低空飛行，同時(shí)多旋翼無(wú)人機不受起飛降落場(chǎng)地的限制，飛行載荷較大，可同時(shí)搭載多種農用傳感器。

    本次農情監測搭載的多光譜相機總共有五個(gè)鏡頭，分別對應近紅外、紅光、綠光、紅邊、以及RGB合成。根據采集的數據選擇歸化差分植被指數（NormalizedDifferenceVegetationIndex,NDVI）來(lái)綜合反映冬小麥的生長(cháng)分布和覆蓋情況。

    植物葉面在可見(jiàn)光紅光波段有很強的吸收特性，在近紅外波段有很強的反射特性，這是植被遙感監測的物理基礎。通過(guò)這兩個(gè)波段測值組合得到的NDVI指數，對土壤背景變化敏感，能較好地識別植被和水體。在植被處于中、低覆蓋度時(shí)，該指數隨覆蓋度的增加而迅速增大，當達到定覆蓋度后增長(cháng)緩慢，所以適用于植被早、中期生長(cháng)階段的動(dòng)態(tài)監測。

NDVI=(ρNIR-ρR)/(ρNIR+ρR)

    式中：ρNIR是近紅外波段的反射率，ρR是紅光波段的反射率?？梢?jiàn)光紅光波段（0.58-0.68μm）位于葉綠素吸收帶，近紅外波段（0.75-1.10μm）位于綠色植物光譜高反射區。

    NDVI取值范圍：-1～1，NDVI值近似為0表示無(wú)植被的裸土區；NDVI正值表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大，大于0.7表明該區域植被密度較高；而地面覆蓋、雪區域NDVI是負值。NDVI是植物空間密度和植物生長(cháng)狀態(tài)的指示因子，與植被覆蓋的分布密度呈線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系，般應用于檢測植被生長(cháng)狀態(tài)、植被覆蓋等域。

    實(shí)際應用

    伯鐳工程師根據客戶(hù)需求拍攝監測區域（57畝），每個(gè)鏡頭124張照片，共計620張。將拍攝數據導入后處理軟件Pix4D，可以得到測區RGB合成正射影像圖，以及各個(gè)波段的反射地圖和指數圖。

    根據不同需要可以將波段進(jìn)行組合計算得到植被指數，這邊計算的是NDVI指數圖。結合圖表可以看出：紅色區域表示有水區域，接近0值部分是道路和裸土，左邊綠色較密集區域植被覆蓋較好，右邊部分由于冬小麥正處于出苗期，葉面積小，NDVI值較小呈現土黃色。

    無(wú)人機搭載多光譜相機在植被監測中的應用

    補充

    圖表體現了這個(gè)區域本時(shí)段植被分布情況以及植被覆蓋比值。鑒于這種情況，我們可以對這個(gè)區域作定期監測，同樣以NDVI指數作為參評標準，這樣可以得到冬小麥生長(cháng)期的發(fā)育狀況，作為產(chǎn)量評估和蟲(chóng)害評估的主要依據，對時(shí)時(shí)的監測小麥生長(cháng)狀況，提高小麥的實(shí)際產(chǎn)量具有顯著(zhù)意義。