番茄產(chǎn)量預(yù)測進(jìn)入AI時(shí)代:無人機(jī)高光譜+機(jī)器學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)估產(chǎn)?

為什么番茄產(chǎn)量預(yù)測越來越重要?
番茄是全球重要經(jīng)濟(jì)作物之一,而準(zhǔn)確的產(chǎn)量預(yù)測不僅關(guān)系到農(nóng)戶收益,還直接影響農(nóng)資投入、采收計(jì)劃、物流調(diào)度以及市場供應(yīng)。
傳統(tǒng)估產(chǎn)主要依賴人工調(diào)查,不僅效率低,而且受經(jīng)驗(yàn)影響較大。隨著無人機(jī)遙感和人工智能的發(fā)展,農(nóng)業(yè)開始進(jìn)入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策時(shí)代。通過獲取作物生長過程中的光譜信息,可以在收獲前提前掌握作物長勢和最終產(chǎn)量情況,為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理提供科學(xué)依據(jù)。

無人機(jī)光譜數(shù)據(jù)如何預(yù)測番茄產(chǎn)量?
研究團(tuán)隊(duì)在美國佛羅里達(dá)州番茄試驗(yàn)田開展實(shí)驗(yàn),利用無人機(jī)搭載多光譜傳感器,在整個(gè)生長周期內(nèi)進(jìn)行7次航測,覆蓋營養(yǎng)生長、開花期、果實(shí)膨大期以及成熟初期等關(guān)鍵生育階段。
采集的數(shù)據(jù)包括:
紅光(Red)
綠光(Green)
藍(lán)光(Blue)
紅邊(Red Edge)
近紅外(NIR)
同時(shí)計(jì)算了多種植被指數(shù):
NDVI
GNDVI
NDRE
SAVI
ophyll指數(shù)等

研究發(fā)現(xiàn),在果實(shí)發(fā)育階段采集的光譜數(shù)據(jù)與最終產(chǎn)量相關(guān)性最高,其中近紅外、紅邊以及紅光波段表現(xiàn)最為突出。
這說明,高光譜或多光譜遙感能夠直接反映作物葉片葉綠素含量、生物量積累以及整體健康狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量預(yù)測。
機(jī)器學(xué)習(xí)模型誰表現(xiàn)最好?
高考一般指普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試。 普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試,簡稱“高考”,是合格的高中畢業(yè)生或具
研究對(duì)比了7種主流人工智能算法:
線性回歸(LR)
支持向量機(jī)(SVM)
隨機(jī)森林(RF)
梯度提升樹(GB)
決策樹(DT)
XGBoost
深度學(xué)習(xí)(DL)

結(jié)果顯示:

研究表明,XGBoost與線性回歸取得最佳預(yù)測效果,而深度學(xué)習(xí)由于樣本量有限,反而表現(xiàn)較差。
這一結(jié)果說明,在農(nóng)業(yè)場景中,并非算法越復(fù)雜效果越好,關(guān)鍵在于高質(zhì)量數(shù)據(jù)與合適模型的匹配。

高光譜為何成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要工具?
研究特別指出,近紅外(NIR)、紅邊(Red Edge)和紅光(Red)是預(yù)測產(chǎn)量最重要的光譜特征。
其中:
NIR反映植被生物量和冠層活力;
Red Edge對(duì)葉綠素變化極其敏感;
Red反映光合作用強(qiáng)度;
NDVI、NDRE等植被指數(shù)可量化作物健康狀態(tài)。

相比傳統(tǒng)RGB影像,高光譜技術(shù)能夠獲得連續(xù)且豐富的光譜信息,不僅可以用于產(chǎn)量預(yù)測,還可實(shí)現(xiàn):

因此,高光譜正逐步成為智慧農(nóng)業(yè)感知層的重要數(shù)據(jù)來源。
注意事項(xiàng)
針對(duì)農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測、精準(zhǔn)估產(chǎn)及數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)需求,奧譜天成推出了覆蓋無人機(jī)、便攜式及在線監(jiān)測等多種場景的高光譜解決方案。
奧譜天成無人機(jī)高光譜相機(jī)采用推掃式成像技術(shù),可覆蓋400-1000nm、100-2500nm等多個(gè)波段范圍,具備高光譜分辨率、高信噪比及輕量化設(shè)計(jì)優(yōu)勢,可廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物長勢監(jiān)測、病蟲害識(shí)別、產(chǎn)量預(yù)測和精準(zhǔn)施肥等領(lǐng)域。

同時(shí),奧譜天成具備行業(yè)領(lǐng)&先的高光譜定制開發(fā)能力,可根據(jù)客戶需求定制:

從傳感器設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集到行業(yè)算法開發(fā),提供一站式高光譜解決方案,助力農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)、農(nóng)科院及智慧農(nóng)業(yè)企業(yè)構(gòu)建更加精準(zhǔn)、高效的數(shù)字農(nóng)業(yè)體系。
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