收藏本站
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。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20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
11 杨斐;罗东明;;无人机实时飞行仿真系统的设计与实现[J];江苏航空;2009年04期
12 康峰,刘继宗,陈勇;无人机多目标测控系统研究[J];无线电工程;1995年06期
13 袁智荣,李智;一种新型磁阻传感器的研究及应用[J];测控技术;1999年01期
14 ;“全球鹰”无人机将加速信号情报进程[J];电子对抗;2002年03期
15 赵红,毕义明,韩先峰;无人机地标匹配定位技术研究[J];系统工程与电子技术;2003年07期
16 齐照辉,王中伟,张为华;无人机自动回收控制系统设计[J];航空计算技术;2003年03期
17 袁锁中;数字式无人机飞行控制系统研制[J];计算机测量与控制;2003年01期
18 康峰;无人机系统发展总体趋势分析[J];无线电工程;2004年01期
19 肖霞;;俄罗斯航空企业开展无人机技术研究[J];电子对抗;2005年05期
20 林冬生;郑幸;鲍传美;;无人机模拟训练视景仿真系统设计与实现[J];计算机应用;2007年S1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
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
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978