收藏本站
《中国石油大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于无人机采集图像的土壤湿度预测模型研究

王斌  
【摘要】: 土壤湿度是气候、水文、生态和农业等方面研究的一个重要的基础参数,它直接控制着陆面和大气之间水、热量的输送和平衡。土壤湿度的变化会引起土壤热学特性、地表光学特性的改变,从而影响气候的变化。区域性和大尺度的陆地土壤湿度变化信息对于陆气交互作用平衡和陆面水文研究、改善区域及全球气候模式预报结果、水涝和干早的监测、农作物生长态势评估、自然和生态环境问题的研究等都是十分关键的因素。因而,研究区域或大范围的土壤水分有着特别重要的意义,这也是目前国际上研究的一个重要课题之一。 传统的地面观测站网络不能满足大尺度土壤水分的时间、空间连续动态变化研究的需要。而现在广泛应用的微波测量方式虽然穿透力强,也存在设备过于沉重、短波范围内电测波信号受大气干扰比较大、波段难以控制等缺点,限制了其在农业自动化方面的发展。目前也有很多用可见光-近红外-热红外等光学遥感手段来获取土壤湿度时空分布信息,采用光学遥感具有体积小、成像简单、周期短、费用低等优点,利于将来的农业普及。但是这种手段在目前的应用中大多依靠高空飞行器负载,因为光学遥感的波段无法穿透云层,所以在实际应用中受到了限制。而无人机的出现解决了这些问题。 无人机作为一种新型的信息获取方式,伴随着技术的逐渐成熟,已经在越来越多的领域得到了应用。与通常信息获取使用的飞行器以及卫星相比,无人机具有费用低、精确度高、运行周期短、易于操作等优点,非常适合将来在农业当中普及。本研究正是基于此,选用无人机作为飞行器,可见光-近红外光作为遥感测量的手段,以美国犹他州为例研究如何探测一定区域内土壤表层的湿度信息的问题。本研究的主要内容如下: 首先,建立了图像的多空间分析模型以及分数阶植被归一化公式。用无人机采集回的可见光以及近红外光等信息都是独立的,与土壤湿度的信息的关联都不足以达到预测的标准。以往的研究都是通过各种分析公式,比如HIS、GRAY、NDVI等,将探测到的信息融合起来,达到了较为准确预测土壤湿度的标准。而本研究通过对比图像的各种空间分析特性,提出了分数阶的植被归一化公式,能够大大提高土壤湿度与图像包含信息的相关系数,保证利用建立的模型预测土壤湿度的准确性。 其次,提出了根据无人机图像特点的的图像拼接算法。很多已有的拼接算法已经能够很好的完成图像的镶嵌任务。但是,这些算法运行需要较多的时间,达不到无人机图像拼接的实时要求。出于这个目的,本研究提出了基于局部灰度匹配的图像拼接算法,在图像拼接的过程中融合无人机的飞行特征,大大缩小了图像匹配特征点的搜索范围。并且图像灰度为快速转换的图像特性,在此条件下特征点能够准确、快速匹配,节约了运行成本,达到了无人机图像实时拼接的要求。 第三,完成了无人机图像几何校正算法。由于无人机在飞行的过程受到航线、风速等不确定的影响,所拍摄的图像与地面会产生不确定的夹角。本研究提出了无人机图像几何校正算法,能够根据无人机即时记录下的信息,自动完成图像角度的校正,为图像拼接打下基础。 第四,提出了基于聚类分析算法的图像分割模型。图像中确定区域的边界对土壤湿度的描述以及农业自动灌溉信息的提取至关重要。通常的分割算法都是基于着色点的分布概率或者图像的特征空间分析进行像素点归类,结果比较粗糙。本研究通过聚类分析算法,根据边界点的梯度以及分布趋势,划分区域边界,效果较好。 最后,通过实验验证了之前提出的算法,并且对预测模型的精度进行了分析。结果表明,该模型达到了预测的要求,可以在实际中应用。
【学位授予单位】:中国石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陆佩忠;吴立德;;视频全局运动参数估计的研究与进展[J];模式识别与人工智能;2002年01期
2 赵锋伟,李吉成,沈振康;景象匹配技术研究[J];系统工程与电子技术;2002年12期
3 张俊荣,王丽巍,张德海;植被和土壤的微波介电常数[J];遥感技术与应用;1995年03期
4 李杏朝;微波遥感监测土壤水分的研究初探[J];遥感技术与应用;1995年04期
5 陈怀亮,冯定原,邹春辉;麦田土壤水分NOAA/AVHRR遥感监测方法研究[J];遥感技术与应用;1998年04期
6 田国良;土壤水分的遥感监测方法[J];环境遥感;1991年02期
7 田国良,杨希华,郑柯;冬小麦旱情遥感监测模型研究[J];环境遥感;1992年02期
8 余涛,田国良;热惯量法在监测土壤表层水分变化中的研究[J];遥感学报;1997年01期
9 刘培君,张琳,艾里西尔·库尔班,常萍,李良序,镨拉提,赵兵科;卫星遥感估测土壤水分的一种方法[J];遥感学报;1997年02期
10 隋洪智;田国良;李付琴;;农田蒸散双层模型及其在干旱遥感监测中的应用[J];遥感学报;1997年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张爱民,马晓群,盛绍学,杨太明;安徽省农业气象灾害定量监测评估研究[J];安徽农业科学;2004年04期
2 徐效军;张鹰;;土壤含水率与光谱反射率的灰色关联分析[J];安徽农业科学;2006年07期
3 贾科利;;信息农业发展的现状与趋势[J];安徽农业科学;2006年15期
4 韩亚东;于长文;刘雪峰;;京桃春季物候期与气温之间的关系[J];安徽农业科学;2007年15期
5 黄泽林;覃志豪;;利用MODIS数据监测大面积土壤水分与农作物旱情研究[J];安徽农业科学;2008年11期
6 胡红武;胡梅;龙玲;刘雷;;区域干旱遥感监测研究综述[J];安徽农业科学;2008年33期
7 胡荣辰;朱宝;孙佳丽;;干旱遥感监测中不同指数方法的比较研究[J];安徽农业科学;2009年17期
8 康晚英;傅春;刘文标;;江西省农业旱情监测体系的建立与应用[J];安徽农业科学;2010年13期
9 毕力格;银山;包玉龙;关彦如;;基于TVDI的内蒙古植被生长期干旱研究[J];安徽农业科学;2011年10期
10 王鸽;韩琳;;气候变化对青藏高原陆地生态系统的影响研究进展[J];安徽农业科学;2012年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 叶林;赵龙;;基于边缘信息的红外与可见光景像匹配方法[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S09组合导航与导航新方法[C];2012年
2 李喆;谭德宝;崔远来;张穗;;基于PDI的湖北漳河灌区土壤水分遥感监测[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
3 刘志明;晏明;;气象卫星遥感资料在环境监测中的应用探讨[A];2001年东北三省测绘学术与信息交流会论文集[C];2001年
4 辛晓洲;柳钦火;田国良;李小文;;农田生态系统中水分蒸散和CO_2通量的遥感双层模型估算方法[A];第五届中国青年生态学工作者学术研讨会论文集[C];2008年
5 康为民;罗宇翔;郑小波;陈娟;;贵州喀斯特山区的NDVI-Ts特征及其干旱监测应用研究[A];贵州省生态文明建设学术研讨会论文集[C];2008年
6 王鹏新;孙威;张树誉;李星敏;;旱情监测及其业务化运行的关键技术[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
7 王一鸣;孙凯;杨绍辉;;土壤墒情(旱情)监测与预测预报研究进展[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
8 许小燕;汪志农;张智韬;;遥感监测土壤水分的研究进展与趋势[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
9 牟伶俐;闫娜娜;吴炳方;;旱情遥感监测方法与系统开发[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
10 徐炜;贺占庄;黄士坦;;基于模糊相似计算的快速图像匹配[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王润元;中国西北主要农作物对气候变化的响应[D];兰州大学;2010年
2 陈祯;基于近红外光谱分析的土壤水分信息的提取与处理[D];华中科技大学;2010年
3 杨娜;基于云参数干旱遥感监测模型与集合卡尔曼滤波的土壤湿度同化研究[D];武汉大学;2010年
4 刘滨辉;东北地区气候变化特征及对林业相关气候指标的影响[D];东北林业大学;2011年
5 耿新霞;新疆阿尔泰南缘铁矿遥感信息提取及找矿预测[D];中国地质科学院;2011年
6 杨德贵;基于红外序列图像的地物类型反演、目标检测与被动测距研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 向大享;云参数法干旱遥感监测模型研究[D];武汉大学;2011年
8 吴昌广;气候变化背景下三峡库区植被覆盖动态及其土壤侵蚀风险研究[D];华中农业大学;2011年
9 李明;长白山地森林植被物候对气候变化的响应研究[D];东北师范大学;2011年
10 姚佛军;中国典型斑岩铜矿遥感蚀变分带模型研究[D];中国地质大学(北京);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 纪洋;基于RS和IDL的植被覆盖度变化监测分析研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 张建平;科尔沁沙地土壤表层水分遥感反演模型研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 林婧;基于序列图像的全景图像拼接技术的研究[D];沈阳理工大学;2010年
4 李小林;混合粒子群优化算法及其在图像匹配中的应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
5 李巧艳;基于SAR图像的景象匹配算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
6 刘丽芳;内窥镜图像拼接[D];西安电子科技大学;2009年
7 董小曼;基于MODIS数据的章丘市土壤含水量遥感反演研究[D];山东师范大学;2011年
8 李芹;青藏高原地区主被动微波遥感联合反演土壤水分的研究[D];首都师范大学;2011年
9 张健;基于简化双层模型的东北草场日蒸散量的遥感估算研究[D];吉林大学;2011年
10 杨军;重庆市植被覆盖变化与区域气候要素的关系研究[D];重庆师范大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 史培军,陈晋;RS与GIS支持下的草地雪灾监测试验研究[J];地理学报;1996年04期
2 桑农;张天序;;旋转与比例不变的点特征松弛匹配算法[J];电子学报;1998年06期
3 陆佩忠,吴立德;视频流中的摄像机运动参数模型的代数分析[J];复旦学报(自然科学版);1999年04期
4 关兆涌,冯智文;利用水分平衡指标检验农业干旱的研究[J];干旱地区农业研究;1986年01期
5 李和平;新疆灌溉—自成型绿洲耕作土壤系统分类初探[J];干旱区研究;1993年02期
6 刘扬,赵峰伟,金善良;景象匹配区选择方法研究[J];红外与激光工程;2001年03期
7 刘瑞云;范天锡;;利用NOAA卫星资料反演最高地表温度[J];南京气象学院学报;1996年01期
8 董凤藻;农作物需水关键期的干旱及其预报[J];气象;1981年02期
9 董振国;对土壤水分指标的研究[J];气象;1985年01期
10 朱自玺,牛现增,付湘军;冬小麦耗水量和耗水规律的分析[J];气象;1987年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 喻光正;无人机SAR/MTI侦察技术中若干问题的探讨[J];电讯技术;2001年04期
2 李真芳,黄源宝,保铮;大面积连续实时SAR成像技术[J];西安电子科技大学学报;2003年04期
3 立平;;“阿帕奇”直升机通过数据链控制“猎人”无人机[J];航天电子对抗;2006年03期
4 雨相;;“全球鹰”无人机试行新型信号情报(SIGINT)系统[J];航天电子对抗;2006年03期
5 肖霞;;美国海军拟在“影子”无人机上加装电子攻击载荷[J];电子对抗;2011年01期
6 胡银彪,孙长胜,昂海松;用VC++6.0实时绘制发动机试车曲线[J];微计算机信息;2002年10期
7 陈自力,孙锦涛,田庆民;无人机数据链路信道LMS和RLS自适应均衡性能比较[J];无线电工程;2003年11期
8 刘亮亮;胡延霖;赖国平;;美军新型无人机[J];兵工自动化;2007年11期
9 李昕;方挺;;基于586-Engine的无人机飞行控制器设计[J];世界电子元器件;2008年09期
10 ;科技力量和爱国豪情在字里行间涌动——编辑解读[J];今日科技;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨宝钢;丁裕国;刘晶森;陈斌;;考虑植被的热惯量法反演土壤湿度的一次试验[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
2 王寒;刘志刚;;一种基于SIFT特征的无人机视频图像自动拼接方法[A];国家安全地球物理丛书(四)——地球物理环境探测和目标信息获取与处理[C];2008年
3 王舒;钟若飞;李芹;覃梦丽;;基于AMSR-E数据的云南省干旱监测[A];第十七届中国遥感大会摘要集[C];2010年
4 王薪;李宗谦;;被动微波遥感土壤湿度的人工神经网络反演方法[A];2001年全国微波毫米波会议论文集[C];2001年
5 赵逸舟;马耀明;马伟强;李茂善;孙方林;王磊;向鸣;;藏北高原土壤温湿变化特征分析[A];第七届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会论文集[C];2010年
6 吴春雷;秦其明;;一种适应植被覆盖的土壤湿度遥感监测方法[A];第十七届中国遥感大会摘要集[C];2010年
7 陈春;吴善德;邢立新;;无人机保障地地战役战术导弹射击的特点[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
8 周祖刚;谈哲敏;;陆面过程对梅雨锋暴雨数值模拟影响的研究[A];全国中尺度气象学术研讨会摘要文集[C];2008年
9 武晓娟;王建军;贾玉红;;无人战斗机的发展与关键技术[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
10 胡仲虎;盛怀洁;王伟;;无人机作战生存力设计[A];探索 创新 交流——第三届中国航空学会青年科技论坛文集(第三集)[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 柴宪辉 纪保成;总装某基地新型无人机试验成功[N];科技日报;2009年
2 本报专稿 李思;军售受制美国 以色列冻结向俄无人机出口[N];世界报;2009年
3 ;德搁置先进无人机项目[N];世界报;2009年
4 王小龙;美“离子虎”无人机创巡航时间新纪录[N];科技日报;2009年
5 陈宇;美要用激光 对付无人机[N];中国国防报;2009年
6 ;伊朗成功试验国产隐身无人机[N];中国航空报;2010年
7 许赟;巴基斯坦接收美国“影子”无人机[N];中国航天报;2010年
8 高宏建 王璠 尹航;无人机:未来空中“小霸王”[N];科技日报;2010年
9 曾涛;中国无人机技术发展迅猛[N];国防时报;2010年
10 ;美国无人机再袭巴基斯坦[N];新华每日电讯;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王斌;基于无人机采集图像的土壤湿度预测模型研究[D];中国石油大学;2009年
2 李得勤;土壤湿度的模拟和估算研究[D];兰州大学;2010年
3 杨娜;基于云参数干旱遥感监测模型与集合卡尔曼滤波的土壤湿度同化研究[D];武汉大学;2010年
4 邵向鑫;数字图像拼接核心算法研究[D];吉林大学;2010年
5 曾霖;图像拼接技术的研究、实现与应用[D];武汉大学;2012年
6 宋宝森;全景图像拼接方法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 程远航;无人机航空遥感图像动态拼接技术的研究[D];东北大学;2009年
8 郑兴明;东北地区土壤湿度被动微波遥感高精度反演方法研究[D];中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所);2012年
9 张德新;面阵航侦CCD相机系统设计及其图像拼接技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 徐赞新;基于无人机的MANET关键问题[D];清华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩文超;基于POS系统的无人机遥感图像拼接技术研究与实现[D];南京大学;2011年
2 李志伟;图像拼接技术中若干问题的研究[D];大连理工大学;2005年
3 周惠娟;基于图像配准的图像拼接算法研究[D];河北大学;2010年
4 刘伟;全景拼接系统的设计与实现[D];北京印刷学院;2011年
5 荣文;基于SURF特征的显微镜图像拼接[D];山东大学;2010年
6 于庆;基于SIFT算法的眼底图像拼接的研究与实现[D];重庆大学;2010年
7 任瑞玲;材料自动检测系统中的图像拼接方法[D];四川大学;2004年
8 李烨;基于EMD的图像拼接和图像识别研究与实现[D];重庆交通大学;2010年
9 林欣堂;基于视觉的大尺寸工件边缘检测及图像拼接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 李晓东;图像拼接技术及其在眼底摄像中的应用[D];曲阜师范大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026