[发明专利]基于麦穗顶部光谱信息的小麦赤霉病遥感识别方法在审

专利信息
申请号: 202010702759.X 申请日: 2020-07-20
公开(公告)号: CN111832507A 公开(公告)日: 2020-10-27
发明(设计)人: 黄林生;张寒苏;黄文江;张东彦;赵晋陵;洪琪;曾玮;翁士状;郑玲 申请(专利权)人: 安徽大学
主分类号: G06K9/00 分类号: G06K9/00;G06K9/62;G01N21/25
代理公司: 合肥国和专利代理事务所(普通合伙) 34131 代理人: 张祥骞
地址: 230601 安徽省*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 基于 麦穗 顶部 光谱 信息 小麦 赤霉病 遥感 识别 方法
【说明书】:

发明涉及基于麦穗顶部光谱信息的小麦赤霉病遥感识别方法,与现有技术相比解决了尚无基于麦穗顶部进行赤霉病监测的缺陷。本发明包括以下步骤:非成像近地高光谱数据的获取;数据的预处理;敏感特征集的获取;SVM模型的构建;SVM模型的优化;小麦赤霉病遥感识别结果的获得。本发明基于遥感设备垂直角度利用小麦顶部信息对赤霉病进行识别,并通过对特征进行筛选和组合,以及对模型进行优化,实现了单穗尺度上的小麦赤霉病的垂直研究,为实际大区域尺度赤霉病识别提供了更加精准的技术方案。

技术领域

本发明涉及遥感监测技术领域,具体来说是基于麦穗顶部光谱信息的小麦赤霉病遥感识别方法。

背景技术

小麦赤霉病是一种主要是由禾谷镰孢和黄色镰孢引起的一种穗发类病害,是影响我国小麦生产的主要病害之一。它主要集中在我国长江中下游地区和华南冬麦以及东北春麦区,近年来在黄河流域及其附近也有发生,并逐渐向北扩展蔓延。当病菌危害小麦后不仅会使小麦的产量和品质下降,还会产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)、玉米赤霉烯酮(ZEN)等多种真菌毒素,严重危害人畜健康,引起食品安全问题。

已有许多学者利用高光谱技术对小麦赤霉病进行单穗尺度的研究,马慧琴等(2020)利用地物光谱仪对采集的小麦单穗测面光谱反射率进行连续小波变换,结合Fisher线性分析对单穗小麦进行识别。Zhang等(2019)将小麦麦穗的高光谱显微图像作为数据源,提出了一个特殊的小麦赤霉病分类指数(FCI),该指数被证明可以成功地被应用到小麦高光谱图像数据的分类中,是一种稳定可行的早期赤霉病监测方法。Mahlein等(2019)利用不同传感器来表征由镰刀菌引起的小麦赤霉病,通过红外热成像、叶绿素荧光成像和高光谱成像的比较和组合实现麦穗尺度的赤霉病监测。

上述研究在麦穗尺度小麦赤霉病识别研究中已经取得了重要进展,但学者们都是利用高光谱技术收集麦穗侧面的光谱信息,这种光谱测量方法虽然可以依靠专用拖拉机等大型机具载体成功地应用于田间小麦赤霉病的检测实验中,但在实际的大规模卫星遥感应用中,从侧面采集光谱信息的操作很难实现。病菌虽然会分布在麦穗的任何部位,但遥感卫星或者传统的垂直于冠层的光谱测量技术测得的主要是麦穗顶部的光谱信息,同时也包含了冠层顶部叶片的光谱信息,这种通过重点收集麦穗侧面光谱以获得小麦赤霉病识别方法的研究应用到实际大区域尺度上恐会导致健康和发病小麦的错位分类,给指导农药喷洒带来不利影响。从小麦带叶和无叶不同角度利用麦穗顶部光谱信息探寻小麦赤霉病的有效识别方法值得被考虑。

因为光谱信息的特殊性,前人用于赤霉病监测时所提到的技术方案在利用麦穗顶部光谱信息进行赤霉病识别的过程中具有一定难度。因此,如何基于麦穗顶部光谱信息进行小麦赤霉病的监测已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中尚无基于麦穗顶部进行赤霉病监测的缺陷,提供一种基于麦穗顶部光谱信息的小麦赤霉病遥感识别方法来解决上述问题。

为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:

一种基于麦穗顶部光谱信息的小麦赤霉病遥感识别方法,包括以下步骤:

11)非成像近地高光谱数据的获取:利用非成像地物光谱仪测得单穗小麦顶部的单穗光谱数据,获取的单穗光谱数据包括每株麦穗在带叶和无叶不同情况下的光谱数据;

12)数据的预处理:对采集的原始光谱数据进行处理获得样本的光谱反射率;计算样本的病情严重度;

13)敏感特征集的获取:通过相关性分析,筛选出与小麦病情严重度相关性高且极显著的光谱特征,其包括:波段特征、位置特征以及植被指数;对所选光谱特征进行Fisher评分,获得敏感特征集;

14)SVM模型的构建:对SVM模型进行设定;

15)SVM模型的优化:基于粒子群技术对SVM模型进行优化;

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