基于高光譜遙感監(jiān)測的植被指數(shù)測試

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)包含信息獲取、信息管理和決策及變量作業(yè)3個(gè)部分，其中如何方便、快速、準(zhǔn)確、可靠地獲取作物信息，已經(jīng)成為實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵的問題。養(yǎng)分生理指標(biāo)作為作物內(nèi)部指標(biāo)，與作物生長的狀態(tài)以及產(chǎn)量密切相關(guān)。如氮、磷、鉀、鋅等營養(yǎng)元素與作物生長狀態(tài)密切相關(guān)，缺少任何一種元素都可能會(huì)引起植物的不正常生長；而氮、葉綠素含量、冠層參數(shù)等指標(biāo)與作物的產(chǎn)量相關(guān)，可以作為作物產(chǎn)量預(yù)估指標(biāo)；當(dāng)作物受到環(huán)境脅迫時(shí)，其生理信息和外部形態(tài)都會(huì)發(fā)生改變，如受到病蟲害侵染時(shí)，作物會(huì)作出應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生酶以及某些產(chǎn)物。因此，作物當(dāng)中一些特定的酶含量、氨基酸含量、蛋白含量的變化反映了作物在逆境中的狀況，可以作為作物逆境脅迫響應(yīng)指標(biāo)。目前隨著光譜傳感技術(shù)和圖像處理分析技術(shù)的日益發(fā)展,無人機(jī)與光譜軟硬件的結(jié)合也越發(fā)純熟。在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、資源、生態(tài)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

高光譜圖像的光譜分辨率更高，能夠更好地獲取樣本的信息，對于監(jiān)測作物信息精度更高。然而，由于高光譜圖像通常攜帶有大量的信息，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，去除冗余信息。高光譜成像技術(shù)也有它的局限性，如成本高，處理速度慢等。因此，高光譜成像技術(shù)主要用于基礎(chǔ)研究。相比高光譜成像技術(shù)，多光譜成像技術(shù)更適合田間的大面積監(jiān)測。

植被指數(shù)

植被指數(shù)是一類具有一定生化意義的不同波段光譜值的組合，通常有比值植被指數(shù)、線性組合植被指數(shù)、修正植被指數(shù)、差值植被指數(shù)等。不同波段組合的植被指數(shù)對于不同指標(biāo)預(yù)測效果不同。在農(nóng)業(yè)上，基于光譜技術(shù)檢測作物生理指數(shù)的波段范圍一般在400～2 500 nm之間，涉及到色素（葉綠素、類胡蘿卜素等）、氮、水分等吸收和葉片細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在400～740 nm 可見光波段，葉綠素在480、650、670～680、740 nm 處有吸收峰，類胡蘿卜素在 420、425、440、450、470、480 nm均有吸收峰，葉黃素在 425、445、475 nm 有吸收峰。而在 740～1 300 nm 近紅外波段由于健康的葉肉細(xì)胞反射作用，其反射率急劇升高；作物水分的吸收峰主要集中在970、1 450、1 944 nm 處。因此當(dāng)作物受到脅迫作用時(shí)，相應(yīng)的氮、色素、酶等發(fā)生變化，通過應(yīng)用各種植被指數(shù)監(jiān)測這些生理指標(biāo)變化，可判斷作物脅迫情況、生長狀況以及產(chǎn)量情況。然而，多光譜只有區(qū)區(qū)幾個(gè)波段，雖然能構(gòu)建一些植被指數(shù)，但是構(gòu)建的植被指數(shù)未必能反映作物的生理生化信息及長勢狀態(tài)。高光譜則不同，其數(shù)百上千個(gè)波段信息，即使同一植被指數(shù)，也能有成千上萬種組合，而這么多種組合以及這么多的植被指數(shù)，總能找到適合監(jiān)測作物的生理生化信息及長勢狀態(tài)的敏感指數(shù)。

圖1 無人機(jī)高光譜影像下作物長勢分布圖