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基于无人机遥感的不同施氮水稻光谱与植被指数分析

裴信彪 吴和龙 马萍 严永峰 彭程 郝亮 白越

裴信彪, 吴和龙, 马萍, 严永峰, 彭程, 郝亮, 白越. 基于无人机遥感的不同施氮水稻光谱与植被指数分析[J]. 中国光学(中英文), 2018, 11(5): 832-840. doi: 10.3788/CO.20181105.0832
引用本文: 裴信彪, 吴和龙, 马萍, 严永峰, 彭程, 郝亮, 白越. 基于无人机遥感的不同施氮水稻光谱与植被指数分析[J]. 中国光学(中英文), 2018, 11(5): 832-840. doi: 10.3788/CO.20181105.0832
PEI Xin-biao, WU He-long, MA Ping, YAN Yong-feng, PENG Cheng, HAO Liang, BAI Yue. Analysis of the spectrum and vegetation index of rice under different nitrogen levels based on unmanned aerial vehicle remote sensing[J]. Chinese Optics, 2018, 11(5): 832-840. doi: 10.3788/CO.20181105.0832
Citation: PEI Xin-biao, WU He-long, MA Ping, YAN Yong-feng, PENG Cheng, HAO Liang, BAI Yue. Analysis of the spectrum and vegetation index of rice under different nitrogen levels based on unmanned aerial vehicle remote sensing[J]. Chinese Optics, 2018, 11(5): 832-840. doi: 10.3788/CO.20181105.0832

基于无人机遥感的不同施氮水稻光谱与植被指数分析

doi: 10.3788/CO.20181105.0832
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11372309

国家自然科学基金项目 61304017

吉林省科技发展计划重点项目 20150204074GX

吉林省科技发展计划重点项目 20160204010NY

省院合作科技专项资金项目 2017SYHZ0024

中科院青促会项目 2014192

详细信息
    作者简介:

    裴信彪(1990-), 男, 吉林长春人, 博士研究生, 主要从事多旋翼无人机多传感器数据融合、控制方法和应用方面的研究。E-mail:1181049978@qq.com

    郝亮(1984—),男,吉林长春人,博士,助理研究员,主要从事光机系统设计方面的研究。E-mail:24133412@qq.com

    白越(1979—),男,辽宁北票人,博士,研究员,博士生导师,2006年于中科院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事无人机技术、农业航空遥感方面的研究。E-mail:baiy@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: S565;TP79

Analysis of the spectrum and vegetation index of rice under different nitrogen levels based on unmanned aerial vehicle remote sensing

Funds: 

the National Natural Science Foundation of China 11372309

the National Natural Science Foundation of China 61304017

Key Technology Development Project of Jilin Province 20150204074GX

Key Technology Development Project of Jilin Province 20160204010NY

the Provincial Special Funds Project of Science and Technology Cooperation 2017SYHZ0024

Youth Innovation Promotion Association 2014192

More Information
  • 摘要: 卫星遥感空间分辨率低且易受大气、云层、雨雪等因素的影响。本文使用共轴十二旋翼无人机搭载光谱仪构成农情遥感系统。首先,给出自主设计的无人机结构和飞行控制系统,围绕飞行平台、控制系统、遥感载荷构建了多环节数据备份的无人机遥感数据采集系统;然后,试验测试4种施氮水平水稻的光谱指数变化规律;最后,通过试验数据分析可得:在可见光区水稻冠层光谱反射率随氮素水平增加而减小,在近红外区,光谱反射率一开始随氮素水平增加而增大,但氮素水平增大到一定程度后再增加氮素导致反射率降低。在4种氮素水平下,水稻植被指数RVI和NDVI由分蘖期到拔节期先增大,然后至抽穗期又逐渐减小,且抽穗期RVI和NDVI值小于其分蘖期RVI和NDVI值。试验表明以多旋翼无人机为平台搭载光谱仪器构成农情遥感监测系统用于反演作物植被指数方面是可行的。本文设计的无人机遥感数据采集系统能够有效、实时获取遥感信息,其获取的高空间分辨率和光谱分辨率的农田实时信息能够为作物长势的分析、健康状况的监测提供必要的数据支持。

     

  • 图 1  六轴十二旋翼无人机

    Figure 1.  Twelve-Rotor UAV

    图 2  飞行控制硬件模块

    Figure 2.  Hardware module of flight control

    图 3  飞行控制轨迹跟踪方法

    Figure 3.  Trajectory tracking method for flight control

    图 4  遥感数据采集系统

    Figure 4.  Acquisition system of remote sensing data

    图 5  旋翼无人机遥感系统

    Figure 5.  Remote sensing system of multirotor UAV

    图 6  不同时期、不同区域、不同氮素含量的水稻冠层反射光谱

    Figure 6.  Canopy reflectance spectra in different time and at different nitrogen levels

    图 7  抽穗期不同氮素营养水平水稻冠层反射光谱

    Figure 7.  Canopy reflectance spectra in heading stage at different nitrogen levels

    图 8  不同氮素水平水稻光谱植被指数RVINDVI变化

    Figure 8.  Variation of RVI and NDVI of rice under different nitrogen levels

    表  1  六轴十二旋翼无人机参数

    Table  1.   Twelve-Rotor UAV parameters

    参数 数值
    质量/kg 4.3
    对角电机轴距/m 0.91
    x/y轴转动惯量/(Nm·s-2) 2.6×10-2
    z轴转动惯量/(Nm·s-2) 51.×10-2
    旋翼升力系数/(Ns2) 6.2×10-5
    旋翼阻力系数/(Ns2) 1.3×10-6
    下载: 导出CSV

    表  2  飞行控制系统参数

    Table  2.   Parameters of flight control system

    参数 数值
    组合导航姿态精度/(°) 0.1
    组合导航位置精度/m 1
    角度跟踪精度/(°) 2.0
    位置跟踪精度/m 3
    地面站-无人机通讯速率/bps 115 200
    无人机-光谱仪通讯速率/bps 115 200
    下载: 导出CSV

    表  3  ASD FieldSpec光谱仪参数

    Table  3.   Parameters of ASD FieldSpec

    参数 数值
    波长范围/nm 350~1 05
    波长精度/nm 0.5
    波长重复性/nm 优于0.3
    光谱分辨率/nm 3
    积分时间/ms 2n×17
    扫描时间/ms 100
    续航时间/h 2.5
    重量/kg 1.5
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-14
  • 修回日期:  2018-03-02
  • 刊出日期:  2018-10-01

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