基于無人機(jī)高光譜影像的馬鈴薯株高和地上生物量估算

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS60-無人機(jī)高光譜進(jìn)行相關(guān)研究。FS60-無人機(jī)高光譜測量系統(tǒng)采用高信噪比超高速CCD成像器件，提供高穩(wěn)定性的光譜圖像采集；采用自研的高效率低功耗圖像處理算法，大大延長了整機(jī)飛行時(shí)間，降低了系統(tǒng)功耗。

馬鈴薯作為我國主要農(nóng)作物之一，其長勢監(jiān)測和產(chǎn)量預(yù)測關(guān)系到國家糧食安全，因此快速、無損、高精度的馬鈴薯定量監(jiān)測至關(guān)重要。地上生物量和株高是重要的農(nóng)學(xué)參數(shù)，與作物的光合作用相關(guān)，一般用于評定作物生長情況、估算作物產(chǎn)量以及評價(jià)田間管理效益。近年來，通過遙感技術(shù)能夠高效、實(shí)時(shí)地對作物進(jìn)行監(jiān)測。然而，利用衛(wèi)星和航空遙感技術(shù)雖能大面積獲取作物表型參數(shù)，但易受到天氣影響，限制了其在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的推廣應(yīng)用。無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展，使現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進(jìn)入定量化。無人機(jī)搭載的數(shù)碼相機(jī)和多光譜相機(jī)含有波段數(shù)量少，無法獲取作物冠層充足的光譜信息，阻礙了對作物表型參數(shù)進(jìn)行多波段研究。高光譜遙感光譜分辨率較高，可以獲得大量的光譜信息，能夠更精確地提取與作物長勢相關(guān)的光譜波段。因此無人機(jī)高光譜技術(shù)能夠更好地監(jiān)測作物的生長情況。國內(nèi)外許多學(xué)者對高光譜技術(shù)進(jìn)行了大量研究，利用無人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)，將葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量、植株氮含量、植株水分含量等指標(biāo)按照均等權(quán)重構(gòu)建綜合指標(biāo)，通過多種光譜指數(shù)采用偏最小二乘回歸方法構(gòu)建綜合指標(biāo)模型，結(jié)果表明，綜合指標(biāo)與光譜指數(shù)的相關(guān)性更高、反演效果更好。

結(jié)果表明：

（1）基于DSM提取的H與實(shí)測株高具有高度的擬合性（R2=0.84），得到的HQ精度較高。

（2）**光譜指數(shù)在不同生育期與地上生物量相關(guān)性不同，現(xiàn)蕾期相關(guān)系數(shù)絕對值最高的光譜參數(shù)為Rga（r=0.679），塊莖形成期相關(guān)系數(shù)絕對值最高的參數(shù)為PSRI（r=0.727），塊莖增長期相關(guān)系

數(shù)絕對值最高的為CIrededge和NDVIcanste（r =0.747），淀粉積累期相關(guān)系數(shù)絕對值**的為R-46 和SPVI（r=0.756），成熟期**光譜指數(shù)為RSso (r=0.405)。

（3）以株高、**光譜指數(shù)為變量，運(yùn)用ER估測馬鈴薯地上生物量，綜合5個(gè)生育期可知，每個(gè)生育期得到的模型效果優(yōu)劣次序依次為**光譜參數(shù)、Ha、H，塊莖增長期以CIrededge參數(shù)估測的地上生物量精度最高，ER 建模集和驗(yàn)證集R2分別為0.45和0.48、RMSE分別為229.01kg/hm2和218.76 kg/hm2、NRMSE分別為19.19%和17.89%。

（4）每個(gè)生育期利用MLR、PLSR、RF3種建模方法分別基于VIs和VIs+H 估算馬鈴薯地上生物量，以后者為輸入變量構(gòu)建的估算模型效果**。每種方法以同種變量在塊莖增長期表現(xiàn)效果**，塊莖形成期和淀粉積累期次之，現(xiàn)蕾期和成熟期表現(xiàn)最差。