麥姆斯咨詢報道，近期，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign，以下簡稱：UIUC）一項研究表明，其開發(fā)的基于機器學(xué)習(xí)和輻射傳輸模型的機載高光譜成像傳感器，可以提供更高的光譜和空間分辨率，有望進(jìn)一步為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮重要價值。

近年來，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平不斷提升，但由于擔(dān)心農(nóng)作物產(chǎn)量低而導(dǎo)致的過度施肥，仍在持續(xù)不斷地對環(huán)境造成破壞。

肥料中過量的氮會進(jìn)入地下水，并最終作為溫室氣體的組成部分進(jìn)入大氣中，對環(huán)境造成影響。因此迫切需要一種可以對農(nóng)作物中氮成分進(jìn)行實時、無損和高空間分辨率的監(jiān)測方法。

目前，UIUC的一項研究成果展示了一種通過機載高光譜成像技術(shù)來實現(xiàn)這一目標(biāo)的方法，該技術(shù)將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮巨大價值。

該研究成果已發(fā)表于International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation期刊。UIUC研究團隊通過將高光譜成像儀安裝在飛機上，實現(xiàn)了對玉米葉片氮成分和相關(guān)光合性狀的快速準(zhǔn)確檢測，據(jù)稱該研究成果是提出。

該高光譜成像儀裝有兩個傳感器，光譜范圍分別為400~1000nm和950~2500nm，可有效覆蓋可見光到短波紅外波段，且空間分辨率最小可達(dá)0.5m。

該研究的共同作者、UIUC的Sheng Wang說：“測量農(nóng)作物中的氮成分非常費時費力，不過，利用機載高光譜成像技術(shù)可以幫助我們對農(nóng)田作物進(jìn)行快速掃描，每英畝農(nóng)田只需幾秒鐘。"

“與衛(wèi)星成像等類似技術(shù)相比，機載高光譜成像技術(shù)可提供更高的光譜和空間分辨率。我們的研究方法實地測量和衛(wèi)星成像之間的空白，并為可持續(xù)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)作物氮管理提供了一種更具成本效益和更高精準(zhǔn)度的方法。"

利用機載高光譜成像技術(shù)實現(xiàn)量化監(jiān)測

研究團隊想要從農(nóng)作物光譜響應(yīng)中獲得感興趣的數(shù)據(jù)并不容易，該項研究所需的計算數(shù)據(jù)還包括農(nóng)作物的地面真實數(shù)據(jù)，研究團隊需要對田間農(nóng)作物葉片和冠層進(jìn)行實地測量，以便與機載高光譜成像傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

除了考量葉片模型、輻射傳輸、觀測角度和觀測時間因素之外，該研究計算方法還包括葉片冠層和土壤的反射率數(shù)據(jù)，以及葉片和冠層上葉綠素、氮成分等可量化的關(guān)鍵農(nóng)作物性狀，以此綜合評估農(nóng)作物氮缺乏或過剩。

可量化的農(nóng)作物性狀與土壤施肥率關(guān)系圖

研究團隊在伊利諾斯州的農(nóng)田上空進(jìn)行了三次觀測，成功地監(jiān)測到了關(guān)鍵的葉片和冠層氮素特征，還包括一些與光合性狀和農(nóng)作物產(chǎn)量有關(guān)的特征，據(jù)研究團隊稱，相關(guān)數(shù)據(jù)精度可高達(dá)85%。

“這些數(shù)據(jù)非常接近真實的地面檢測結(jié)果。"該研究的共同作者、UIUC自然資源與環(huán)境科學(xué)系的Kaiyu Guan說：“利用該機載高光譜成像傳感器，甚至可以取代地面農(nóng)作物實況數(shù)據(jù)采集，并且在精度上沒有太多損失。與此同時，我們還能以更低的成本監(jiān)測覆蓋更廣的區(qū)域。"

機載高光譜成像傳感器依賴其高精準(zhǔn)度的特性，有望成功在現(xiàn)實農(nóng)業(yè)中實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。UIUC希望此類高光譜成像儀未來能夠在NASA及其獨立承包商的空間任務(wù)中占據(jù)一席之地。

“人們無法對不可量化的事物進(jìn)行管控。"Kaiyu Guan說：“這正是我們?yōu)樵擁椉夹g(shù)投入如此多精力的原因。"

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