機載高光譜成像技術在農業遙感監測中的應用

近年來，基于無人機、先進傳感器、GPS和嵌入式設備等不同技術組合的面向應用的一體化解決方案，正在不斷革新遙感監測的技術手段，使其在各行業受到廣泛的推崇。

易科泰光譜成像與無人機遙感技術（西安）研究中心，引進厲害的高光譜成像傳感器，全新推出EcoDrone® UAS機載高光譜遙感系統，可為多維度農業研究、農作物表型分析、生物多樣性評估等農業遙感監測領域提供高通量解決方案，并提供SpectrAPP光譜成像技術創新應用項目合作與技術服務。

案例一、土壤及植被高光譜遙感監測

農業對經濟和社會的重大影響，讓基于觀測研究田間作物動態變化的高通量大田遙感監測研究成為現代農業研究的熱點話題。西班牙拉斯帕爾馬斯大學Pablo等研究人員，在2018年5月到8月之間利用機載FX高光譜成像系統對西班牙Gran Canaria島的一個葡萄園區域進行遙感成像監測并分析其光譜特征及植被生長狀況。

通過光譜特征差異及基于統計學習理論的SVM機器學習算法，對該葡萄園小樣本區進行了準確分類，結果如下圖c），其中藍色表示土壤，綠色表示植被，紅色表示植被陰影。

圖1：a）包含ROI的地物RGB影像；b）光譜反射特征曲線；c）基于SVM的分類

本研究使用以下模型對植被生長情況進行反演，考慮到MCARI易受土壤反射率和冠層非光合作用物質的影響，因此研究中引入MSAVI和NDVI，用來剔除LAI和土壤背景的影響。

圖2：d）NDVI；e）MSAVI；f）MCARI

通過上述MCARI模型可看出未被陰影遮擋的植被具有較高的葉綠素含量，并結合NDVI及MSAVI光譜指數模型反演，可對研究區植被覆蓋度、葉綠素吸收效率、土壤背景調節影響等指標進行有效評估。

案例二、大田植被生長監測

易科泰光譜成像與無人機遙感技術研究中心使用EcoDrone® UAS-8無人機搭載AFX10高光譜成像系統，對野外大田中兩種不同植被樹種及兩種不同狀態下的土地進行高光譜成像監測分析。

通過輻射校準后的地表輻射光譜特征，分析發現兩種植被在400-700nm可見光波段范圍內，Tree 2總輻射量高于Tree 1，結合NDVI得知，其葉面積及葉綠素指標均高于Tree 1，整體生長優于Tree 1。兩種不同狀態的土地光譜特征在750nm前后的大小關系相反。反映了剛收割完小麥的土地Ground 1和長期處于荒廢狀態的裸地Ground 2（雜草伴生）受土壤水分及有機質含量等的影響，光譜表現差異明顯。

提取研究區NDVI、EVI、SIPI及WBI等植被指數，統計分析可看出，用于反映葉面積指數及葉綠素濃度的EVI和NDVI指數，相關性強，可用于反演植被覆蓋及生長狀況。

對比衛星影像可以看出，通過機載高光譜成像結合高精度GNSS/IMU輔助航空攝影方法，得到的地物高光譜數據，具有厘米級別的地理精度，并大大提高了空間分辨率和光譜分辨率，使得那些無法通過RGB或多光譜成像發現的隱含信息可以輕易顯現出來，增加了信息表達和識別能力，可作為大范圍地表低空遙感探測的重要技術手段。

易科泰光譜成像與無人機遙感技術（西安）研究中心擁有EcoDrone®無人機遙感平臺、及SpectraScan地面光譜成像設備，結合RGB成像分析、紅外熱成像技術，可提供農田植被遙感監測、作物表型高通量分析、生物多樣性評估等技術服務和實驗合作。