تقدير محتوى النيتروجين في غطاء الجوز بواسطة الكاميرا الفائقة الطيفية للطائرات بدون طيار

الجوز هو شجرة فاكهة جوز مهمة ونوع شجرة زيتية خشبية في الصين. بفضل نكهته الفريدة وقيمتها الغذائية الغنية ، تحتل الجوز المرتبة الأولى بين الفواكه المجففة الأربعة في العالم.مرحلة توسع الفاكهة هي المرحلة الأولى من تطور فاكهة الجوز، مثل عدم كفاية التغذية في هذه المرحلة سوف تؤثر بشكل مباشر على جودة والإنتاج من الفاكهة في وقت لاحق.مراقبة وتشخيص محتوى النيتروجين في فاكهة الجوز في مرحلة التوسع له أهمية كبيرة للسيطرة على نمو الأشجار وتعديل خطة الإدارة الجيدة في الوقت المناسب.

في هذه الدراسة ، تم تطبيق كاميرا فائقة الطيفية 400-1000nm ، ويمكن استخدام FS60 ، وهو منتج من شركة Hangzhou Color Spectrum Technology Co. ، LTD. للبحوث ذات الصلة. نطاق الطيف هو 400-1000nm,دقة طول الموجة أفضل من 2.5nm ، ويمكن الوصول إلى 1200 قناة طيفية. يمكن أن تصل سرعة الاستحواذ إلى 128FPS في الطيف الكامل ،والحد الأقصى بعد اختيار النطاق هو 3300 هرتز (دعم اختيار النطاق متعدد المناطق).

一التحضير الأولي

من أجل تقدير محتوى النيتروجين في غطاء الجوز بواسطة الكاميرا الفائقة الطيفية للطائرات بدون طيار ، هناك حاجة أولاً إلى جمع البيانات.وتقوم بعمليات طيران وفقاً للمسار المحدد مسبقاً والارتفاع فوق حديقة النوتأثناء الرحلة، الكاميرا الفائقة الطيفية تقوم بتصوير غطاء الجوز في فترة زمنية معينة أو فترة فضائية للحصول على كمية كبيرة من بيانات الصورة الفائقة الطيفية.لضمان دقة وموثوقية البيانات، من الضروري أيضًا جمع بعض البيانات المرجعية في وقت واحد على الأرض ، مثل محتوى النيتروجين في أوراق الجوز وبارامترات هيكل القمم التي يتم تحديدها بواسطة الطرق التقليدية.

二النتائج والتحليل

تحديد نطاق الدرع، استخراج طيف الدرع والتحقق من دقة كما هو مبين في الشكل 2، الجوز،التربة والظل تتداخل إلى حد ما في النطاق الكامل للمجموعة من الأشعة من صورة الاستشعار عن بعد للغابات الخضراء التي تبلغ من العمر 5 سنواتفي نطاق النطاق من 520 ~ 600nm ، انعكاس الطيفي للظلال أقل من 0.10: الفرق في انعكاس الطيفي للجوز والتربة لا يتداخل بوضوح، وانعكاس الطيفي لكليهما أكبر من 0.10 في هذا النطاق.انعكاس الطيفي للجوز، التربة والظل تختلف اختلافا كبيرا. انعكاس الطيفي من الجوز هو أكبر من 0.7 في نطاق 740-900nm،والانعكاس الطيفي للنباتات الأخرى غير المستهدفة أقل من 0.7وبما أن انعكاس الطيفي للجوز يمكن التمييز بينه وبين النباتات الأخرى غير المستهدفة في الضوء الأخضر ومساحة الأشعة تحت الحمراء القريبة، ولكن ليس في واحدة أو بعض المساحات، فإنه لا يمكن حسابه في ENVI5.3 البرمجياتولذلك، من أجل تسهيل عملية استخراج سلسة من نبتة الجوز،يتم اختيار أقصى انعكاس طيفي لقشرة الجوز في الضوء الأخضر ومساحة الأشعة تحت الحمراء القريبة في هذه الدراسة Bw(550.7) و B ((779.4) تم تصنيفها وتحديدها لتحديد نطاق الغيوم. يتم تعريف شجرة الجوز والتربة والظل في برنامج ENVI5.3 ، أي عندما تكون انعكاس الطيف عند B ((550.7) أقل من أو تساوي 0.10 والانعكاس الطيفي عند B ((779.4) أقل من أو يساوي 0.20، يتم تحديد الظل والقضاء عليه. عندما يكون انعكاس الطيف في B ((550.7) أكبر من 0.10 و B؛ عندما يكون انعكاس الطيف في (779.4) أقل من أو يساوي 0.70، يتم تحديدها على أنها تربة ويتم إزالتها؛ عندما تكون انعكاسية الطيف عند B ((550.7) أكبر من تلك عند.0.10، إن انعكاس الطيف عند B ((779.4) أكبر من 0.70، تم تحديد شجرة الجوز كنبات المستهدف.

بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام آلة متجهة دعمية مع توضيح جيد ودقة تصنيف لاستخراج نطاق القمم ،و تم مقارنة دقة استخراج نطاق الغيوم على أساس الخصائص الطيفيةأولاً وقبل كل شيء، في برنامج ENVI5.3، يتم تقسيم الكائنات الأرضية في صور الاستشعار عن بعد إلى شجرة الجوز ونوعين آخرين (الشكل 4) ، حيث المنطقة الحمراء هي غطاء الجوز،والمنطقة الخضراء هي الأخرىكانت قابلية الفصل بين نوعين من العينات 1.998، ومن ثم تم اختيار تصنيف SVM للتصنيف الخاضع للإشراف للحصول على نتائج التصنيف الأصلية (الشكل 5 أ).كان هناك في كثير من الأحيان بعض البقع الصغيرة في نتائج التصنيف، وكان دقة من الصعب تحقيق الغرض من التطبيق النهائي. لذلك تم اعتماد طريقة معالجة البقع الصغيرة الغالبية لمعالجة نتائج التصنيف الأولية،وتم الحصول على نتائج التصنيف التي تلبي المتطلبات الفعلية (الشكل 5b)تم التحقق من دقة نتائج التصنيف، وكان معامل كابا 0.997، وكان دقة رسم الخرائط من النباتات الهدف الجوز 99.65٪، وأخيرا،تم استخدام برنامج Matab2014b لتداخل نطاق القناة المحدد على أساس الخصائص الطيفية في هذه الدراسة مع بكسلات نطاق القناة المحددة بواسطة طريقة آلة ناقل الدعمكان هناك 4257 بكسل متداخلة في نطاق الغيار، وعدد بكسل نطاق الغيار المختار على أساس الخصائص الطيفية يمثل 96.77% من عدد البكسلات في آلة ناقل الدعم، مع دقة رسم خرائط من 96.43٪، دقة عالية، والنتائج المتداخلة تظهر في الشكل 6

في الوقت الحاضر ، لا يزال تطبيق الكاميرا الفائقة الطيفية للطائرات بدون طيار في تقدير محتوى النيتروجين في غطاء الجوز في مرحلة التطوير والتحسين المستمرين.مع التقدم المستمر للتكنولوجيا، سيتم تحسين أداء الكاميرات الفائقة الطيفية ، وسيتم تحسين الدقة الطيفية وجودة التصوير ،وسوف تكون أساليب معالجة البيانات وتحليلها أكثر ذكاء وأتمتةفي الوقت نفسه، تطوير تكنولوجيا اندماج البيانات متعددة المصادر، مثل الجمع بين البيانات الفائقة الطيفية مع بيانات الليدار وبيانات الأشعة تحت الحمراء الحرارية.سوف تكون قادرة على الحصول على معلومات أكثر شمولا ودقة عن نمو أشجار الجوز، وتحسين دقة وموثوقية تقدير محتوى النيتروجين.من المتوقع أن تستخدم تكنولوجيا الكاميرا الفائقة الطيف للطائرات بدون طيار على نطاق أوسع في مجال زراعة الجوز، وتوفير دعم تقني قوي للتنمية المستدامة لصناعة الجوز.

باختصار، الكاميرا الفائقة الطيفية للطائرات بدون طيار، باعتبارها تكنولوجيا متقدمة لمراقبة الاستشعار عن بعد، لديها آفاق واسعة وإمكانات كبيرة في تطبيق تقدير محتوى النيتروجين في غطاء الجوز.تقدير دقيق وسريع لمحتوى النيتروجين في غطاء الجوز يمكن أن يوفر أساسًا علميًا لمزارعي الجوز لاتخاذ قرارات التسميد، تحقيق التسميد الدقيق، وتحسين استخدام الأسمدة، والحد من هدر الموارد والتلوث البيئي، وتعزيز التنمية عالية الجودة لصناعة الجوز.