张建等：近地遥感技术在大田作物株高测量中的研究现状与展望（2021年第1期）

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张建, 谢田晋, 杨万能, 周广生. 近地遥感技术在大田作物株高测量中的研究现状与展望[J]. 智慧农业(中英文), 2021, 3 (1): 1-15.

ZHANG Jian, XIE Tianjin, YANG Wanneng, ZHOU Guangsheng. Research status and prospect on height estimation of field crop using near-field remote sensing technology[J]. Smart Agriculture, 2021, 3(1): 1-15.

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近地遥感技术在大田作物株高测量中的研究现状与展望

张建1*， 谢田晋1， 杨万能2， 周广生3

（1.华中农业大学 资源与环境学院/宏观农业研究院，湖北武汉 430070；2.华中农业大学 作物遗传改良国家重点实验室，湖北武汉 430070；3.华中农业大学 植物科学技术学院，湖北武汉 430070）

摘要：株高是动态衡量作物健康和整体生长状况的关键指标，广泛用于估测作物的生物学产量和最终籽粒产量。传统的人工测量方式存在规模小、效率低以及耗时长等问题。近十年来，近地遥感技术在农业领域发展迅速，使得高精度、高频次、高效率的作物株高采集成为可能。本文首先回顾了国内外基于遥感手段获取株高研究的论文发表情况；其次对获取株高的不同平台以及传感器的基本原理、优势及其局限性进行了介绍和评述，重点论述了激光雷达和可见光相机两种传感器的测高流程与涉及的关键技术；在此基础上归纳了株高在作物生物量估算、倒伏监测、产量预测和辅助育种等方面的应用研究进展；最后对近地遥感技术在株高获取上存在的问题进行讨论分析，并从测高平台和传感器、裸土探测和插值算法、株高应用研究及农学与遥感测高差异四个方向进行了展望，可为今后近地遥感测高的研究与方法应用提供参考。

关键词：株高；近地遥感；作物；无人机；可见光相机；激光雷达

文章图片

图1　2010—2019年遥感技术测高的研究态势

Fig. 1  Research status of height measurement using remote sensing technology from 2010 to 2019

注：虚线矩形框表示可省略步骤

图2　地基激光雷达和无人机搭载可见光相机两种遥感系统的株高获取流程图

Fig. 2  Plant height acquisition flow charts of ground-based LiDAR and UAV equipped with visible light camera remote sensing systems

图3　地基激光雷达测高方法

Fig. 3  Ground-based LiDAR height estimation method

注：DTM表示数字地形模型（Digital Terrain Model）

图4　无人机搭载可见光相机测高方法

Fig. 4  Height estimation method of UAV equipped with visible light camer

图5　农学测高与遥感测高的差异

Fig. 5  Difference of height estimation between agronomic and remote sensing

作者简介

introduction

张建   副教授

张建，男，博士，副教授。基于低空遥感技术从事低空农业遥感及作物田间表型相关研究。2009年6月毕业于武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，工作后分别以博士后和访问学者身份在美国德州农工大学量子光学工程研究中心和美国农业部南方平原研究所农业航空遥感应用中心从事农业低空遥感载荷和农作物监测相关研究。目前主要从事多源低空遥感载荷大田作物表型特征提取性能评估及其改进途径等研究。自主集成研发了低空无人机多源遥感成像平台及配套影像处理和表型特征提取一体化处理算法，相关成果转化推广到多家科研单位和高校使用。工作以来主持国家自然科学基金、国家重点研发子课题、湖北省自然科学基金和中央高校基金等科技项目十余项。发表论文共计三十余篇。