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基于无人机遥感的柑橘果树信息提取及应用研究

万祖毅  
【摘要】:农业的根本出路是现代化。随着全球定位系统、卫星遥感技术、地理信息技术、通信网络技术、计算机技术、变量处理设备和决策支持系统的发展,世界农业正从传统农业走向高科技农业,即精细化农业方向发展。无人机遥感技术是近年来迅速发展起来的对地观测技术,具有高空间分辨率、可云下飞行、快速灵活、低成本等优点,有效弥补了传统卫星遥感在数据获取方面的局限性。利用无人机可快速拍摄航空影像,获取所需空间数据,并实时处理、建模和分析。近年来我国柑橘产业规模持续增长,已成为我国栽培面积和产量最高的水果。将无人机遥感技术服务于柑橘种植生产活动中来准确快速掌握柑橘种植区的果树生长状态,对预测柑橘产量、管理柑橘生长状况、提高柑橘产量具有重要的现实意义。重庆是我国柑橘的主产地之一,柑橘资源十分丰富。本文以重庆市巫山县为研究区,选择位于大昌镇的坡地和福田镇的平地两个果园就果树信息的提取及应用进行了探讨,分别是果树株数、冠幅、高度等信息提取及其与单株果树产量之间的相关性分析。文章首先以多个飞行高度采集的影像数据经ContextCapture软件处理并通过空间精度检验选取的影像为基础数据,讨论了飞机行高对空间数据精度的影响;然后利用eCognition Developer和ArcGIS软件进行多尺度分割和空间分析对果树的信息进行果树信息的提取,分析平地和坡地中果树信息提取的精度差异;最后探讨了通过果树形态信息来预估单株产量的可行性。本文的主要研究结果如下:(1)无人机采集的影像生成正射影像平面精度受到飞行高度及地表起伏度的影响。试验中每个区域均匀选择10个像控点,以实测点为验证坐标,以正射影像为验证对象,结果表明,飞行高度对空间精度存在一定影响,其中坡地地区影响较大。由于无人机影像分辨率高,数据量大,在实际运用中只要误差在容许范围内,可综合考虑,选择合适的飞行高度以便快速高效地采集数据。(2)基于无人机遥感,可以有效提取柑橘果树的株数、冠幅、高度信息,提取精度能够满足生产需求。无人机影像经处理可同时生成DOM与DSM包含信息丰富,可以深度挖掘。利用多尺度分割算法和邻域分析法分别提取样地的株数,并以目视解译的数据为参考数据进行精度验证,邻域分析法株数提取的总体精度在90%以上。采用面向对象的方法提取冠幅值与实地测量值拟合,平地R~2达0.75以上,坡地R~2达0.69以上。果树高度信息的提取值与实测值拟合,平地的R~2也达到了0.72以上,坡地的R~2则在0.65左右。因此,利用无人机影像及相应处理方法能够满足在较低成本的情况下快速地获取柑橘树的相关信息。(3)柑橘的高度、冠幅等信息与其产量有良好的相关性,结合株数信息,可以用于果园估产。通过分析单株果树产量分别与实测果树信息和提取的果树信息关系,得出果树的形态对单株果树的产量具有一定的影响,树冠面积及高度与单株果树挂果数量之间的简单相关系数分别为0.87和0.79。采用果树树冠面积和高度信息建模,对单株果树估产预测值与实际值间的R~2为0.7889。可以在果园估产中进行深度利用,以便实时掌握果园生产情况,合理的做出采摘销售策略。


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