本發(fā)明涉及一種水稻成熟期草谷比采樣與檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

水稻是我國(guó)的主要糧食之一，水稻的產(chǎn)量關(guān)系著整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。水稻收獲過程中，作物和秸稈的產(chǎn)量都是十分重要的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量，而草谷比正是反映兩組數(shù)據(jù)的關(guān)系的表達(dá)式：草谷比＝秸稈產(chǎn)量/作物產(chǎn)量。作物的產(chǎn)量一般是很容易得到的，通過草谷比的檢測(cè)，就能得到秸稈的產(chǎn)量，從而有效的估算秸稈的能源利用情況，以便準(zhǔn)確和有效的最大化利用秸稈。

因此，如何提高草谷比的預(yù)測(cè)精度是一項(xiàng)十分重要的工作。傳統(tǒng)的測(cè)量方法一般均是通過人工經(jīng)驗(yàn)來隨機(jī)選擇采樣點(diǎn)的，該種方法具有一定的隨機(jī)性，而且人工作業(yè)對(duì)于一些面積很大的田塊的實(shí)驗(yàn)區(qū)的效率及其低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種基于無人機(jī)的水稻成熟期草谷比采樣與檢測(cè)方法，旨在避免草谷比采樣點(diǎn)選擇的隨機(jī)性，獲得適用于大范圍農(nóng)田的草谷比檢測(cè)方法。

本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明基于無人機(jī)的水稻成熟期草谷比采樣與檢測(cè)方法，其特點(diǎn)在于包括如下步驟：

(1)根據(jù)待測(cè)水稻田塊的面積和無人機(jī)的飛行續(xù)航時(shí)間，確定無人機(jī)的飛行區(qū)域，并對(duì)無人機(jī)的航線進(jìn)行設(shè)定；所述飛行區(qū)域覆蓋待測(cè)水稻田塊；

(2)按照步驟(1)中設(shè)定的航線利用無人機(jī)進(jìn)行巡航；在巡航的過程中，通過搭載在無人機(jī)上的高分辨率數(shù)碼相機(jī)定時(shí)拍攝照片，獲取飛行區(qū)域的圖像；所述高分辨率數(shù)碼相機(jī)的像素不低于800萬；

(3)飛行完畢后，對(duì)飛行過程獲取的照片進(jìn)行拼接處理，獲得整個(gè)飛行區(qū)域的正射影像圖；

(4)對(duì)正射影像圖中待測(cè)水稻田塊的區(qū)域進(jìn)行劃分、柵格化處理，將其分割成一定數(shù)量的規(guī)則區(qū)域；再根據(jù)各區(qū)域的灰度值，將所有規(guī)則區(qū)域劃分為若干個(gè)層次；

(5)分別在每個(gè)層次取若干個(gè)單位面積的水稻田塊作為該層次水稻草谷比的采樣點(diǎn)，完成待測(cè)水稻田塊的草谷比采樣點(diǎn)布局；分別人工獲取每個(gè)層次各采樣點(diǎn)處的草谷比值，取平均值，作為該層次水稻田塊的草谷比值，從而獲得待測(cè)水稻田塊所有區(qū)域的草谷比值。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明基于無人機(jī)的水稻成熟期草谷比采樣與檢測(cè)方法，避免了人工采樣點(diǎn)選擇的隨機(jī)性，且采樣點(diǎn)的設(shè)置更科學(xué)合理，有利于對(duì)后期秸稈的利用；本發(fā)明利用無人機(jī)所獲得的正射影像圖，以灰度值為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)待測(cè)水稻田塊進(jìn)行分層，測(cè)得每一個(gè)層次的草谷比的精確范圍，比人工經(jīng)驗(yàn)隨機(jī)獲取的草谷比精度要高，而且對(duì)于一些大面積的水稻區(qū)域該方法效率更高、更節(jié)省勞動(dòng)力。

附圖說明

圖1為無人機(jī)的飛行區(qū)域的確定示意圖；

圖2～圖6依次為無人機(jī)的5條航線的示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例基于無人機(jī)的水稻成熟期草谷比采樣與檢測(cè)方法，包括如下步驟：

(1)根據(jù)待測(cè)水稻田塊的面積和無人機(jī)的飛行續(xù)航時(shí)間，確定無人機(jī)的飛行區(qū)域，并對(duì)無人機(jī)的航線進(jìn)行設(shè)定；飛行區(qū)域覆蓋待測(cè)水稻田塊；具體如下：

11)考察待測(cè)水稻田塊的周邊環(huán)境，確保無人機(jī)的飛行航線內(nèi)無障礙物；

12)如圖1所示，確定待測(cè)水稻田塊的最大內(nèi)接矩形，將最大內(nèi)接矩形的四個(gè)頂點(diǎn)依次定義為A、B、C、D；將最大內(nèi)接矩形的各個(gè)邊向外擴(kuò)30～40m(圖中外擴(kuò)了40m)，所得矩形即為無人機(jī)的飛行區(qū)域，各頂點(diǎn)依次定義為A'、B'、C'、D'；

13)設(shè)定5條飛行航線，使無人機(jī)依次沿各條航線進(jìn)行定高巡航；以確保以最短的航線使步驟(2)所獲取的照片滿足航向重疊度和旁向重疊度的要求，各航線如下：

第1條航線：如圖2所示，將AD分為若干段，各段長(zhǎng)度為15～20m(圖中為20m)，圖中圓點(diǎn)處為經(jīng)過的定位點(diǎn)，下同)，各分隔點(diǎn)依次定義為E₁、E₂、……、E_n；將BC分為若干段，各段長(zhǎng)度與AD各段長(zhǎng)度相同，各分隔點(diǎn)依次定義為F₁、F₂、……、F_n；以A點(diǎn)上方作為飛行起點(diǎn)，沿AB方向飛行，到達(dá)B點(diǎn)上方后，轉(zhuǎn)向，飛行至F₁點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至E₁點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至E₂點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至F₂點(diǎn)上方，……，依次類推，無人機(jī)依次飛過各間隔點(diǎn)上方，直至飛過C、D上方；

第2條航線：如圖3所示，將A'D'分為若干段，各段長(zhǎng)度為15～20m(圖中為20m)，各分隔點(diǎn)依次定義為E'₁、E'₂、……、E'_n-1、E'_n；將B'C'分為若干段，各段長(zhǎng)度與A'D'各段長(zhǎng)度相同，各分隔點(diǎn)依次定義為F'₁、F'₂、……、F'_n-1、F'_n；以A'點(diǎn)上方作為飛行起點(diǎn)，沿A'B'方向飛行，到達(dá)B'點(diǎn)上方后，轉(zhuǎn)向，飛行至F'₁點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至E'₁點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至E'₂點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至F'₂點(diǎn)上方，……，依次類推，無人機(jī)依次飛過各間隔點(diǎn)上方，直至飛過C、D上方或直至達(dá)到飛行續(xù)航時(shí)間(圖中示意飛過C、D上方)。

第3條航線：如圖4所示，將A'D'和B'C'按第2條航線做相同的劃分；以C'點(diǎn)上方作為飛行起點(diǎn)，沿C'D'方向飛行，到達(dá)D'點(diǎn)上方后，轉(zhuǎn)向，飛行至E'_n點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至F'_n點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至F'_n-1點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至E'_n-1點(diǎn)上方，……，依次類推，無人機(jī)依次飛過各間隔點(diǎn)上方，直至飛過A、B上方或直至達(dá)到飛行續(xù)航時(shí)間(圖中示意飛過A、B上方)。

第4條航線：如圖5所示，將B'A'分為若干段，各段長(zhǎng)度為15～20m(圖中為20m)，各分隔點(diǎn)依次定義為G'₁、G'₂、……、G'_n-1、G'_n；將C'D'分為若干段，各段長(zhǎng)度與A'B'各段長(zhǎng)度相同，各分隔點(diǎn)依次定義為H'₁、H'₂、……、H'_n-1、H'_n；以B'點(diǎn)上方作為飛行起點(diǎn)，沿B'C'方向飛行，到達(dá)C'點(diǎn)上方后，轉(zhuǎn)向，飛行至H'₁點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至G'₁點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至G'₂點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至H'₂點(diǎn)上方，……，依次類推，無人機(jī)依次飛過各間隔點(diǎn)上方，直至飛過A、D上方或直至達(dá)到飛行續(xù)航時(shí)間(圖中示意飛過A、D上方)。

第5條航線：如圖6所示，將B'A'和C'D'按第4條航線做相同的劃分；以D'點(diǎn)上方作為飛行起點(diǎn)，沿D'A'方向飛行，到達(dá)A'點(diǎn)上方后，轉(zhuǎn)向，飛行至G'_n點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至H'_n點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至H'_n-1點(diǎn)上方，轉(zhuǎn)向，飛行至G'_n-1點(diǎn)上方，……，依次類推，無人機(jī)依次飛過各間隔點(diǎn)上方，直至飛過B、C上方或直至達(dá)到飛行續(xù)航時(shí)間(圖中示意飛過B、C上方)。

(2)按照步驟(1)中設(shè)定的航線利用無人機(jī)進(jìn)行巡航；在巡航的過程中，通過搭載在無人機(jī)上的高分辨率數(shù)碼相機(jī)定時(shí)拍攝照片，獲取飛行區(qū)域的圖像；拍攝的角度設(shè)置成零度。

(3)飛行完畢后，對(duì)飛行過程獲取的照片進(jìn)行拼接處理，獲得整個(gè)飛行區(qū)域的正射影像圖；具體如下：

31)對(duì)飛行過程獲取的所有照片通過Pix4Dmapper軟件進(jìn)行處理，剔除不含經(jīng)度、緯度和高度信息的照片；

32)對(duì)剩余照片進(jìn)行重疊率檢查，若航向重疊度≥75％、且旁向重疊度≥60％，則照片滿足要求，否則重新進(jìn)行步驟(2)，直至獲得重疊度滿足要求的照片；

33)將剩余照片進(jìn)行拼接處理，獲得整個(gè)飛行區(qū)域的正射影像圖。

(4)對(duì)正射影像圖中待測(cè)水稻田塊的區(qū)域進(jìn)行劃分、柵格化處理，將其分割成一定數(shù)量的規(guī)則區(qū)域；再根據(jù)各區(qū)域的灰度值，將所有規(guī)則區(qū)域劃分為若干個(gè)層次；具體為：

將整個(gè)飛行區(qū)域的正射影像圖導(dǎo)入ArcMap中，對(duì)待測(cè)水稻田塊的區(qū)域進(jìn)行劃分、柵格化處理，分割成一定數(shù)量的規(guī)則區(qū)域；根據(jù)各規(guī)則區(qū)域的灰度的最大值和最小值，將灰度值均分為5～10個(gè)區(qū)間，按照各區(qū)域的灰度值所在的區(qū)間，將所有規(guī)則區(qū)域劃分為5～10個(gè)層次。層次的多少根據(jù)需要來測(cè)定，如若各規(guī)則區(qū)域灰度的最大值和最小值差距很多，可以多設(shè)幾個(gè)層次，以提高精度。

(5)分別在每個(gè)層次取3～5個(gè)單位面積的水稻田塊作為該層次水稻草谷比的采樣點(diǎn)，完成待測(cè)水稻田塊的草谷比采樣點(diǎn)布局；分別人工測(cè)量獲取每個(gè)層次各采樣點(diǎn)處的草谷比值，取平均值，作為該層次水稻田塊的草谷比，從而獲得待測(cè)水稻田塊所有區(qū)域的草谷比檢測(cè)值。

實(shí)際中，對(duì)于水稻收割機(jī)在水稻收割前期，可以提前把每個(gè)水稻田塊的草谷比信息輸送到收割機(jī)中，讓操作者提前知道每一個(gè)區(qū)域的草谷比的大小，對(duì)于收割機(jī)的參數(shù)的改變是十分重要的。