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[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
于丰华 张鸿刚 金忠煜 白驹驰 郭忠辉 许童羽
近几年，无人机遥感技术在水稻理化参量反演上得到了广泛应用，并逐渐发展成为水稻田块尺度遥感信息获取的主要途径之一。深入分析基于无人机遥感的水稻农学理化参量（指在农业领域中可确定某种物理、化学性质的参量）反演研究现状及存在问题，有利于更好地把握水稻无人机遥感未来发展趋势。综述无人机遥感技术在反演生化组分含量、结构参量、生产力等方面的研究现状，其中生化组分含量的反演研究主要集中在氮素和叶绿素方向且目前仍然以数据驱动的方法为主，例如用于反演氮素的窄波段植被指数NDRE，通过对极限学习机与偏最小二乘回归耦合对水稻叶绿素含量的反演等，而基于物理模型的反演方法较少；结构参量的反演研究主要包括叶面积指数、生物量等，方法有用于反演叶面积指数的辐射传输机理模型PROSAIL，用于反演生物量的基于冠层光谱特征的优化高斯过程回归方法；生产力的遥感重点在水稻的产量估算、病害和倒伏检测，方法有用于水稻估算的利用RGB影像使用K-Means与核相关滤波算法融合。对无人机遥感平台、设备、方法进行了总结，梳理近10年水稻农学理化参量无人机遥感反演的研究进展和成果。最后综合国内外的研究现状进行水稻无人机定量遥感讨论分析与展望，以期为今后无人机遥感技术在水稻定量遥感研究中提供参考。
关键词：
水稻 无人机 遥感 反演 光谱
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
臧英 侯晓博 汪沛 周志艳 姜锐 李克亮
目前,水稻生产中氮肥施用过量,肥料利用率和产量相对较低等问题日益突出。无人机遥感能够实现无损、及时、快速大面积地获取作物田间信息,已被广泛应用于精准农业管理中。以黄华占水稻为研究对象,设计了不同施氮梯度的小区试验,利用无人机搭载rededge-M多光谱相机获取水稻生育期冠层多光谱图像,提取NDVI植被指数,分析了不同氮素条件下水稻冠层NDVI值的变化规律,研究了NDVI和标准种植比值指数(RISP)与水稻植株氮含量之间的相关关系;依据有效积温数据,建立了基于标准种植比值法的水稻关键施肥节点的施肥量决策模型。研究结果表明:随施肥量增加,水稻冠层NDVI值也随之变大,整个生育期呈现出"快速增加-缓慢增加-缓慢降低"趋势;NDVI和RISP值均与水稻植株氮含量显著相关,且RISP的相关系数达0.9以上,可更好地用于诊断水稻生育期氮素养分状况;基于标准种植比值法的水稻施肥决策模型拟合决定系数为0.991。模型验证试验发现,模型种植区平均施氮用量为99.64kg·hm-2,而传统种植区平均用量为135.60kg·hm-2,施肥量减少26.52%。且模型种植和传统种植的产量差异不足1%,说明该施肥模型在保证产量的同时提高了氮肥利用率,为实现作物养分管理决策支持系统提供了一种新的模型方法。
关键词：
水稻 无人机遥感 施肥决策模型 氮素营养
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
石永磊 周凯 申鑫 崔天翔 曹林
目前，我国的林业发展仍存在资源总体分布不均、整体质量不高等问题，制约着林业发展从注重数量增长向质量提升的转型。面对国家生态安全、木材安全、粮油安全和“双碳”目标等重大战略需求，迫切需要实现林木表型性状的精准监测，从而实现选育优异种质资源、缩短育种周期、提升林木抗逆性和木材品质等目标。传统的林木表型监测获取的样本少、效率低、精度差且有时还具有一定的破坏性，制约了林木良种选育的效率和质量。缺乏高效精准的高通量表型信息采集方法与分析技术，已成为阻碍林木遗传分析、良种选育等的主要瓶颈之一。现代无人机遥感技术能够智能、快速、精准地获取多尺度林木表型性状动态变化信息，对突破上述林木表型监测瓶颈具有重要意义。借助无人机所获取的高分辨率主被动遥感数据及深度学习、机器学习和数据挖掘等智能分析算法，可精准提取多尺度林木表型性状，为揭示“基因—表型—环境”三者之间的响应关系提供多时相定量数据保障，从而进一步实现优异种质资源筛选、精准栽培、识别和量化胁迫以及抗逆育种等目的。本研究首先介绍了林木表型监测中主要的无人机遥感传感器的应用现状。然后，重点介绍了无人机遥感技术在林木形态结构性状、生理功能性状和生化组分含量提取上的应用进展。最后，从林木表型性状多时相周期性动态监测、无人机多源表型性状数据整合、天空地不同平台遥感数据融合协同监测和林木表型多组学联合分析四方面对无人机林木表型监测遥感技术的未来发展趋势进行了展望。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
慕涛阳 赵伟 胡晓宇 李丹
针对传统水稻倒伏监测方法以人工进行现场测量耗时耗力且受主观影响较大的问题,利用无人机成本低廉、操作简单以及分辨率高的优势,以黑龙江省佳木斯市七星农场水稻种植基地的水稻倒伏区域为研究对象,对无人机遥感图像结合改进DeepLabV3+模型的水稻倒伏识别方法进行研究。结果表明:1)与其他方法相比,改进DeepLabV3+网络模型取得了更高的准确率和更快的识别速度;2)改进DeepLabV3+网络模型对水稻倒伏图像测试集的准确率为0.99,Kappa系数为0.98,像素准确率0.99;召回率0.99;平衡F分数为0.99;水稻完全倒伏状态识别的交并比为0.96,3种水稻不同倒伏状态识别的平均交并比为0.97。无人机搭载RGB相机载荷平台拍摄遥感图像结合改进DeepLabV3+深度学习模型可以精确地对水稻倒伏进行识别,为大面积、高效率、低成本水稻倒伏监测识别研究提供了一种方法。
关键词：
水稻 倒伏 无人机遥感 深度学习
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
郑恒彪 吉文翰 郭彩丽 邱小雷 姚霞 江冲亚 朱艳 曹卫星 程涛
快速、准确地估测作物产量不仅有利于提前掌握粮食生产状况，而且对国家粮食政策的制定至关重要。无人机遥感技术因其快速、便捷、成本低等优势，还可同时搭载多种传感器获取高时空分辨率影像，因此在作物产量估测研究中发挥了重要作用。本文首先介绍了无人机遥感估产的相关背景；其次对近二十年来无人机遥感估产的研究现状进行了概述，分别从无人机平台、传感器、估产模型构建等方面重点综述了近年来国内外无人机遥感估产的研究进展。最后讨论了影响无人机遥感估产精度的因素、尚未解决的关键技术问题以及无人机遥感估产的未来发展前景。本文为了解无人机遥感估产研究前沿、技术瓶颈、发展前景提供重要参考，为精确栽培、智慧育种提供技术支撑。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
李国 姜凯文 王勇 孙山林 杨明 李云 赵海盟 晏磊
针对无人机在遥感遥测领域组网过程中存在的随机故障,进而导致无人机在任务执行过程中任一约束的及时响应缺失,将会影响任务总体结果或导致整个任务部分及完全失败的问题,论文提出无人机遥感组网冗余容错方法。该方法采用领航—跟随的无人机编队飞行模式,多台组网无人机稳定可靠完成指定的飞行任务,验证了冗余容错方法,解决了无人机遥感组网冗余容错技术中的有和无的问题。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
孙诗睿 赵艳玲 王亚娟 王鑫 张硕
以获取的冬小麦无人机多光谱影像为数据源,充分利用多光谱传感器的红边通道对传统植被指数进行改进,通过灰色关联度分析后基于多个植被指数建模的方法对冬小麦的叶面积指数(leaf area index,LAI)进行反演精度对比。结果显示:使用基于多植被指数的随机森林(RF)比赤池信息量准则-偏最小二乘法(AIC-PLS)反演精度高。得到的LAI反演值和真实值之间的R~2=0.822,RMSE=1.218。研究证明通过随机森林预测具有更好的拟合效果,对冬小麦的LAI反演有较好的适用性。
[期刊] 草业科学
[作者]
俞静 张世文 芮婷婷 李唯佳 蔡慧珍
植被地上生物量可作为评价矿山生态修复地生态功能的重要指标，为实现对修复地地上植被生物量快速、准确的预测，以安徽省铜陵市铜官山矿区草本植物地上生物量为研究对象，将无人机高分辨率多光谱影像作为数据源，提取了单波段光谱反射率、植被指数两种光谱特征以及各波段纹理特征变量，并利用高精度DEM (digital elevation model)生成地形特征，再先后使用灰色关联法和熵权法对光谱特征和纹理特征分别进行筛选，进而将筛选出的特征变量和地形特征变量分为光谱特征组和多特征组。采用反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)、卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)以及Elman神经网络3种机器学习算法分别构建基于光谱特征组和多特征组的生物量预测模型，比选精度较高的矿区草本植物地上生物量反演模型。结果表明，在光谱特征基础上引入纹理特征和地形特征后3种反演模型精度都有相应程度提高，其中，基于多特征组构建的BPNN模型表现出最优性能，其决定系数(R2)为0.841，均方根误差为11.813 g·m-2，并同时对3种模型进行交叉验证，进一步证明了基于多特征组的BPNN模型更加稳定，反演精度最优。然后，采用最优反演模型对研究区域内植被生物量进行分级评估，结果显示区内生物量集中于20～40 g·m-2，研究区域内植被生物量整体偏低。研究结果可为矿区草本植物生物量反演研究提供理论支持。
[期刊] 中国农业资源与区划
[作者]
刘斌 史云 吴文斌 段玉林 赵立成
[目的]无人机遥感具有高空间、高时间分辨率的优点,并可同时获得光谱和空间信息,因此在农作物分类中备受研究者的青睐。与侧重于从高分辨率RGB图像中提取纹理特征的分类方法不同,文章重点研究如何利用作物在光谱和空间维度上的联合特征尤其是作物高程特征,以实现农作物精细分类。[方法]首先,我们进行研究区域选择和地面实际情况调查,用无人机遥感系统进行可见光影像采集;其次,确定研究区域内农作物分类类别,分别对可见光遥感影像进行可见光植被指数计算及纹理滤波;针对数字表面模型(DSM)数据特点,对两期DSM数据进行差值处理,获得差异数字表面模型数据(DDSM),提取作物高度信息,并根据农作物冠层特性对差异数字表面模型进行滤波处理;最后,进行特征优选及组合,使用SVM方法进行农作物分类。[结果]确定最优分类特征为RGB、红波段对比度、绿波段二阶矩、蓝波段方差、DDSM、DDSM方差、DDSM对比度,分类精度由71.86%提高到92.30%,验证了由DSM影像提取的空间特征可以提高农作物分类精度。[结论]该研究探索了一种基于可见光及空间联合特征的农作物精细分类方法,方法简单可行,设备成本低,在基于无人机低空遥感的样方调查领域中有较大的应用前景。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
王靖 彭漪 刘小娟 莫佳才 梁婷
为比较和验证不同叶面积指数(LAI)机器学习模型迁移后的稳定性,以无人机获取的湖北鄂州与海南水稻田的多光谱影像数据为研究对象,使用8种植被指数经验模型与3种机器学习方法对鄂州试验田的水稻LAI进行反演,并推广至海南试验区。结果表明:1)非线性模型在鄂州试验数据的建模集测试中精确度较优,其中归一化红边差值(NDRE)非线性模型验证的变异系数(CV)=31.05%,但推广至海南试验区后精确度下降严重(验证集CV=74.90%),可移植性差;2)线性模型和机器学习模型在模型移植后表现出较优的稳定性,其中梯度提升回归(GBR)二波段模型在鄂州数据建模集CV=28.91%,在海南数据验证集CV=26.58%;3)增强植被指数(EVI2)线性拟合模型在鄂州数据建模集CV=33.78%,在海南数据验证集CV=27.90%。最后使用EVI2构建的经验模型,对各生育时期2种不同水稻(珞优9348和丰两优4号)的LAI进行预测,结果表明在相同氮水平下,珞优9348表现为氮高效品种。
关键词：
水稻 叶面积指数 植被指数 氮高效
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
曹明兰 张力小 王强
行道树具有补充氧气、净化空气、美化城市、减少噪音等作用。虽然高分辨率遥感技术能够提取行道树信息，但其工作量大、成本高。无人机具有飞行成本低、数据分辨率高、外业周期短、机动灵活等优点，根据行道树分布灵活设计航线，可显著降低成本提高效率。文章利用无人机航测遥感系统采集并制作的ＤＥＭ、ＤＳＭ与ＤＯＭ，基于邻域最高过滤法提取了行道树信息，并将提取结果与实地调查数据进行了比较分析。结果表明，邻域最高过滤法测量行道树单株树高的平均误差为４．９４，株数提取率也达到９５％以上。
关键词：
无人机 遥感 信息提取 行道树
[期刊] 中国土地
[作者]
曹发伟
国家对自然资源统一监管和生态环境保护治理提出了新的要求,大力推进信息化建设,加大卫星遥感、无人机、大数据等技术应用,为航空摄影测量与遥感产业发展提供了良好机遇。本文结合无人机摄影测量与遥感产业发展实践,对拓展无人机摄影测量与遥感产业领域、服务生态文明建设进行了分析。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
曹明兰 李亚昆 张力小 武俊喜 李亚东
【目的】城市行道树对改善城市环境、净化空气、降噪遮阴等方面具有重要的生态职能。行道树调查是城市生态资源调查的重要组成，传统城市行道树人工调查方法的成本高、效率低，无法高效地满足管理部门监测城市生态信息的需求。无人机低空遥感的方法提取城市行道树信息，虽然能提高外业调查效率，但仍然存在内业数据处理时人工编辑DEM和树冠分割工作量过大等问题。为解决以上不足，文章探索了一种改进Mask R-CNN实例分割模型的无人机遥感城市行道树提取方案。【方法】基于深度学习的实例分割Mask R-CNN模型，针对城市行道树不存在两棵完全重叠的情况，采用非极大值抑制NMS(Non-maximum suppression)算法对所有检测物进行非极大值抑制，并根据检测树冠区域和待检测掩模之间的重叠比例，判断是否重复检测，以提高数据训练效率和准确率。构建精度评价指标，根据测试集的预测结果评估模型的性能和可适应性。【结果】利用同一架大疆DJI Phantom 4pro无人机，对香樟树、法国梧桐、银桦等典型城市行道树进行影像数据采集，创建了基于无人机遥感影像的行道树数据集，并采用Mask R-CNN实例分割模型实现行道树的树冠检测与分割，同时与人工提取方法进行对比分析。结果表明，本方法的行道树树冠自动分割平均总体精度为0.865、平均检测率为0.887，再经人工简单修正后，行道树树冠分割平均总体精度能达到0.948、平均检测率能达到0.965。【结论】无人机航测外业数据采集周期短、效率高，结合深度学习的改进Mask R-CNN实例分割算法，能自动获取较准确的树冠检测与轮廓分割信息，可节省大量外业调查和内业数据处理时间，对提升城市行道树监测效率和自动化水平具有重要意义。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
郭庆华 胡天宇 刘瑾 金时超 肖青 杨贵军 高显连 许强 谢品华 彭炽刚 闫利
无人机是低空领域准确、灵活、高效获取多种类型高分辨率遥感数据的重要载体,无人机遥感技术在行业应用创新和管理部门科学决策之间构筑起信息沟通的关键桥梁。随着科技的进步、大数据时代的来临,无人机遥感系统的硬件设备、信息提取方法都取得了飞速的发展;同时其在国民经济主要行业领域的应用也面临着前所未有的机遇和挑战。论文首先介绍了无人机遥感系统的硬件研发进展,并指出轻小型、高精度、标准化与集成化是未来无人机遥感系统发展的总体趋势。其次,详细介绍了目前轻小型无人机遥感应用在农业、林草业、电力、测绘、大气探测和地质灾害等行业的应用现状,指出实现无人机多源遥感数据获取、融合、分析和提取的综合平台是未来轻小型无人机在民用领域行业应用创新的关键所在。最后,针对载荷与飞行平台的一体化集成应用、无人机组网作业、海量数据管理和信息自动化提取等发展趋势提出了几点思考。轻小型无人机遥感在国民经济各行业应用的普及化和标准化,将有助于国家和区域社会经济的健康发展。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
王勇 杨宇森 王士博 杨玉 张睿
无人机组网遥感数据是指在无人机组网条件下获取的遥感观测数据。随着无人机组网系统的复杂化,获取的遥感数据呈几何量级增长,迫切需要一种与无人机组网技术相匹配的标准化无人机组网遥感数据管理体系。遗憾的是,迄今为止,国内外还没有完善的无人机组网遥感数据体系,也没有相关文献系统地介绍无人机组网遥感数据体系的发展历程。论文依次对无人机组网遥感数据的发展历史、数据特点、数据界定和分类标准、获取和处理流程、不同场景下的应用进行了系统的梳理,指出了无人机组网遥感数据体系未来的研究方向。研究成果是无人机组网遥感数据体系研究的一次探索,将为无人机组网条件下相关行业标准的制定提供参考依据,也为无人机组网遥感数据的深层次应用提供借鉴。
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