无人机载多光谱遥感数据在夏玉米LAI反演中的应用

发布时间:2023-12-27

山东理工大学农业工程与食品科学学院兰玉彬团队在IJABE(Int J Agric & Biol Eng)发表了题为“Summer maize LAI retrieval based on multi-source remote sensing data”的研究论文,此研究采用搭载长光禹辰公司自主研发的 MS600 Pro多光谱相机的多旋翼无人机,获取了两年间夏玉米多生育期的多光谱图像,利用特征筛选对LAI敏感特征进行了提取,并采用GLR、MNR和PLSR方法进行模型构建,最终获得泛化性能较好的夏玉米LAI反演模型,为玉米田间施肥提供有效的决策数据。


叶面积指数(leaf area of index,LAI)是表征作物光合作用能力强弱和生物量的重要指标,也是监测作物长势变化和产量的重要农学参数之一。玉米作为中国主要的粮食及饲料作物,对国家粮食安全及经济调控至关重要。如何通过遥感方法有效的获取玉米LAI变化,进而监测玉米长势,精准指导田间生产,提高玉米的产量和品质,是目前的研究热点。通过利用四旋翼无人机搭载MS600 Pro 多光谱相机采集了两年间玉米地块尺度的多光谱影像。

首先,结合可见光、高光谱和环境数据,提取了多光谱植被指数、反射率、株高和积温等特征。分析发现无人机多光谱数据与高光谱数据的相关性均大于0.64,为显著相关;LAI与宽范围动态植被指数(wide dynamic range vegetation index, WDRVI)、归一化差值植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)、比值植被指数(Ratio vegetation index, RVI)、植物生化指标(Plant biochemical index, PBI)、优化土壤调节植被指数(Optimized soil-adjusted vegetation index, OSAVI)、CHM和GDD具有较高的相关性。

然后采用一般线性(General linear regression model, GLR)、非线性(Multivariate nonlinear regression, MNR)及偏最小二乘法(Partial least-squares regression,PLSR)构建了LAI反演模型,对比各模型在不同数据源下的反演效果,分析发现引入株高和积温数据的模型较好的反演了夏玉米的LAI,其中PLSR模型反演效果最佳,模型的R2分别为0.7102,RMSE为1.1755。





研究表明,利用无人机多光谱影像数据结合环境数据,能够及时、准确提夏玉米LAI信息,有效的监测夏玉米LAI变化,为夏玉米田间管理提供了一种有效的快速可行的数据获取方法。


附:

[1] 论文信息:Pan F J, Guo J K, Miao J C, Xu H Y, Tian B Q, Gong D C, et al. Summer maize LAI retrieval based on multi-source remote sensing data. Int J Agric & Biol Eng, 2023; 16(2): 179-186.

[2]论文全文链接:http://www.ijabe.org/index.php/ijabe/article/view/7285/pdf