ICS65.020DB37DB37/T3446—2018基于無人機(jī)的小麥群體長(zhǎng)勢(shì)大面積智能監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程Technicalspecificationforintelligentmonitoringofgrowthstatusofwheatpopulationbasedonunmanedaerialvehicle山東省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布IDB37/T3446—2018本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由山東省農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技信息研究所。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：陳國(guó)慶、張曉艷、寧堂原。DB37/T3446—20181基于無人機(jī)的小麥群體長(zhǎng)勢(shì)大面積智能監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了小麥長(zhǎng)勢(shì)大面積智能監(jiān)測(cè)技術(shù)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義以及智能監(jiān)測(cè)中設(shè)備要求或準(zhǔn)備、監(jiān)測(cè)方法與圖像處理的技術(shù)要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于山東省小麥群體長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)。2術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。2.1應(yīng)用無人機(jī)平臺(tái)獲取的農(nóng)田區(qū)域的光譜圖像。2.2圖像處理是指對(duì)光譜圖像進(jìn)行的前期處理及后期數(shù)據(jù)提取處理，包括圖像的輸出、保存及灰度值的提取。2.3灰度值Greyvalue灰度就是圖像色彩的深淺程度?；叶戎涤?jì)算公式：Gray=0.2989×R+0.5870×G+0.1140×B。R、G、B代表紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的顏色。2.4歸一化灰度值Normaldifferencegreyvalue歸一化灰度值是借鑒歸一化植被指數(shù)的計(jì)算方法計(jì)算得出的數(shù)值，指兩個(gè)波段下圖像的灰度值之差與二者之和的比值。2.5葉面積指數(shù)Leafareaindex又叫葉面積系數(shù)，是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù)。即葉面積指數(shù)=葉片總面積/土地面積。DB37/T3446—201822.6干物質(zhì)積累Drymatteraccumulation干物質(zhì)積累量即一定時(shí)間內(nèi)，光合作用有機(jī)物積累量與該時(shí)間內(nèi)呼吸作用有機(jī)物消耗量的差值，是衡量植物有機(jī)物積累、營(yíng)養(yǎng)成分多寡的一個(gè)重要指標(biāo)。2.7小麥長(zhǎng)勢(shì)Wheatgrows小麥的生長(zhǎng)狀態(tài)，通常用葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量來表示。3技術(shù)要求3.1監(jiān)測(cè)前準(zhǔn)備工作3.1.1無人機(jī)：a)采用帶云臺(tái)無人機(jī)，功能包括精準(zhǔn)定位、定高功能。b)推進(jìn)方式為螺旋槳，馬達(dá)型號(hào)為空心杯電機(jī)。c)動(dòng)力為可充電鋰電池，≥1500mAh。d)控制系統(tǒng)為GPS定位+氣壓高度傳感+3軸陀螺儀+3軸加速度計(jì)。e)最大飛行高度>100m。f)最大載重≥500g。g)最大上升速度和最大下降速度均為3m/s，最大飛行速度>30km/h。垂直懸停精度為≤0.5m，水平懸停精度為≤1.5m。h)最大飛行時(shí)間>30min。i)防抖云臺(tái)為可拆式，角度抖動(dòng)量為±0.03°,可控轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為-50°~+80°。j)遙控方式為2.4GHz無線可視遙控，按鍵操作，遙控器最大遙控距離>1500m。k)無人機(jī)最小尺寸為50cm（長(zhǎng)）×50cm（寬）×20cm（高）。l)可調(diào)整拍攝角度。3.1.2拍照相機(jī)：a)拍照像素≥1200萬(wàn)，照片格式j(luò)pg，圖片分辨率≥300萬(wàn)像素。c)相機(jī)濾光片為雙波段濾光片，所用波段為560nm和810nm，帶寬為10nm。d)相機(jī)最大重量為500g。3.2農(nóng)田監(jiān)測(cè)方法3.2.1監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括小麥葉面積指數(shù)、小麥干物質(zhì)積累量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。3.2.2監(jiān)測(cè)時(shí)間3.2.2.1從小麥播種到灌漿期內(nèi)可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3.2.2.2在小麥生育期內(nèi)，選擇晴朗無云或少云微風(fēng)的天氣，一天中的10:00～14:00之間進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3.2.3監(jiān)測(cè)高度DB37/T3446—20183監(jiān)測(cè)相機(jī)高度均保持在距離小麥冠層10m～12m范圍內(nèi)。3.2.4監(jiān)測(cè)角度監(jiān)測(cè)相機(jī)鏡頭方向垂直向下，與小麥冠層平面呈90°。3.2.5監(jiān)測(cè)步驟3.2.5.1首先，在計(jì)算機(jī)中設(shè)定將進(jìn)行監(jiān)測(cè)的點(diǎn)，并設(shè)定無人機(jī)在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)懸停的時(shí)間5s。其次，選擇農(nóng)田附近平整位置作為無人機(jī)起飛點(diǎn)和落地點(diǎn)。最后，操縱無人機(jī)進(jìn)行田間小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)。3.2.5.2每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每次監(jiān)測(cè)需進(jìn)行5次重復(fù)拍攝，即拍5張圖像。3.2.6監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇一個(gè)監(jiān)測(cè)面的面積約450m2，每個(gè)地塊選擇呈“之”字型分布的5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3.2.7監(jiān)測(cè)人員監(jiān)測(cè)人員2人，一人負(fù)責(zé)操作無人機(jī)，一人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)點(diǎn)校準(zhǔn)和圖像收集。3.3圖像處理方法3.3.1圖像處理軟件具有提取圖像RGB顏色值或灰度值的軟件，如Photoshop、Matlab等。3.3.2圖像獲取方式3.3.2.1利用Photoshop消除廣角圖像中出現(xiàn)的魚眼扭曲效果。3.3.2.2根據(jù)相機(jī)圖片的拍攝時(shí)間和重復(fù)次數(shù)，將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的圖像按監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分類。3.3.3圖像參數(shù)利用Photoshop軟件獲取圖像的GV（灰度）參數(shù)。3.3.4小麥長(zhǎng)勢(shì)參數(shù)估算方法3.3.4.1根據(jù)小麥LAI（葉面積指數(shù)）和GY（干物質(zhì)）指標(biāo)和對(duì)應(yīng)的歸一化灰度，通過多元線性回歸方法分別建立LAI、GY和歸一化灰度的函數(shù)關(guān)系，并選擇擬合誤差最小的函數(shù)作為L(zhǎng)AI和GY的計(jì)算方法。3.3.4.2葉面積指數(shù)的計(jì)算方法如下：LAI=-7.94RVI(560810)2+14.44RVI(560810)+0.46..............................................(1)RVI(560810)——在560nm和810nRVI(560810)=GV810/GV560...................................................................DB37/T3446—20184——560nm波段下的灰度值。3.3.4.3干物質(zhì)積累的估算方程如下：