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王腾1,李家操1, 张福凯1,何林1,2,郑永强1,易时来1,邓烈1,吕强1
WANG Teng1, LI Jiacao1, ZHANG Fukai1, HE Lin1, 2, ZHENG YongQiang1, YI ShiLai1, DENG Lie1, LYU Qiang1 #br#
摘要: 【目的】柑橘产量预估对实现肥、水变量施用等果园精细化生产管理具有重要意义。针对规模化果园产量估测困难的问题,本研究提出了一种基于无人机倾斜摄影技术获取柑橘果树冠层特征,实现单株果树产量估测的方法。【方法】本文利用搭载相机的小型四旋翼无人机,采用五向飞行模式对奈维林娜脐橙果园进行倾斜摄影,飞高20m,航向重叠率和旁向重叠率分别为75%和70%。基于果园影像三维重建获得果园点云数据,即数字表面模型(DSM),同时过滤非地面点生成数字地形模型(DTM)。依次从DSM中减去DTM和低矮地物得到冠层高度模型(CHM)数据,提取单株树木的树高、冠层投影面积和冠层体积等特征,并结合冠层特征人工实测值评估特征提取精度。基于第二次生理落果期、转色期、成熟期等3个主要生理物候期的冠层特征与产量的相关性,确定最适产量预估物候期。然后,分别以最适物候期的不同冠层特征组合为因子,利用Levenberg-Marquardt(LM)算法,建立奈维林娜脐橙产量估测方程。最后,分析并优化得到的产量方程建立最优的奈维林娜脐橙产量估测模型,通过验证集对模型进行验证。【结果】基于无人机倾斜摄影技术的树高、冠层投影面积和冠层体积测算值与人工实测值之间的决定系数分别为0.99、0.79和0.88,显示该方法可以替代人工测量用于获取冠层信息,且具有更高的效率。通过分析奈维林娜脐橙单株产量与不同物候期果树冠层特征的关系, ,确定第二次生理落果期为产量估测最适物候期。使用LM算法建立了基于冠层体积的奈维林娜脐橙果树产量估测最优模型,其R2=0.7961,均方根误差为11.85;验证集样本植株的平均相对误差绝对值为4.43%。【结论】利用无人机倾斜摄影技术采集奈维林娜脐橙果园第二次生理落果期影像,通过三维重建得到果园点云,提取单株冠层特征,并结合LM算法建立奈维林娜脐橙的产量估测技术是可行的。