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无人机搭载多光谱相机在植被监测中的应用

无人机搭载多光谱相机在植被监测中的应用
  随着“无人机+”时代的不断深入,无人机产业可以应用到各行各业,小到消费级的航拍摄影,大到无人机的行业应用。人们让无人机搭载高分辨率CCD相机、热红外相机、多镜头相机等各种传感器系统获取数据,从而满足航拍、电力巡线、建模等行业的需求。
  2017年1月,上海伯镭智能科技有限公司(以下简称伯镭)应客户要求顺利完成冬小麦前期的长势监测任务。
理论基础
  农业上使用的无人机种类繁多,有无人*机、固定翼无人机、多旋翼无人机等多种机型。伯镭选用的是多旋翼无人机辅助作业,优势如下:
  1)相对无人*机,多旋翼操作简单,成本低;
  2)相对于固定翼无人机,多旋翼无人机可以根据需要调节飞行速度,载荷相对大些,可以根据需要搭载各种传感器;
  3)多旋翼无人机飞行速度可控,飞行高度可调且可以低空飞行,同时多旋翼无人机不受起飞降落场地的限制,飞行载荷较大,可同时搭载多种农用传感器。
  本次农情监测搭载的多光谱相机总共有五个镜头,分别对应近红外、红光、绿光、红边、以及RGB合成。根据采集的数据选择归一化差分植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)来综合反映冬小麦的生长分布和覆盖情况。
  植物叶面在可见光红光波段有很强的吸收特性,在近红外波段有很强的反射特性,这是植被遥感监测的物理基础。通过这两个波段测值组合得到的NDVI指数,对土壤背景变化敏感,能较好地识别植被和水体。在植被处于中、低覆盖度时,该指数随覆盖度的增加而*增大,当达到一定覆盖度后增长缓慢,所以适用于植被早、中期生长阶段的动态监测。
                                  NDVI = (ρNIR-ρR)/(ρNIR+ρR)
  式中:ρNIR是近红外波段的反射率,ρR是红光波段的反射率。可见光红光波段(0.58-0.68μm)位于叶绿素吸收带,近红外波段(0.75-1.10μm)位于绿色植物光谱高反射区。
  NDVI取值范围:-1~1,NDVI值近似为0表示无植被的裸土区;NDVI正值表示有植被覆盖,且随覆盖度增大而增大,大于0.7表明该区域植被密度较高;而地面覆盖云、水、雪区域NDVI是负值。NDVI是植物空间密度和植物生长状态的较佳指示因子,与植被覆盖的分布密度呈线性相关关系,一般应用于检测植被生长状态、植被覆盖等领域。
实际应用
  伯镭工程师根据客户需求拍摄监测区域(57亩),每个镜头124张照片,共计620张。将拍摄数据导入后处理软件Pix4D,可以得到测区RGB合成正射影像图,以及各个波段的反射地图和指数图。
  根据不同需要可以将波段进行组合计算得到植被指数,这边计算的是NDVI指数图。结合图表可以看出:红色区域表示有水区域,接近0值部分是道路和裸土,左边绿色较密集区域植被覆盖较好,右边部分由于冬小麦正处于出苗期,叶面积小,NDVI值较小呈现土黄色。


上海伯镭智能科技有限公司专注于*光伏电站巡检,*光伏屋顶勘测,*测绘等

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