Reifeüberwachung von Weizendemonstrationsfeldern im Bezirk Chang'an, Xi'an

Mit dem stetigen technologischen Fortschritt hat sich die Präzisionslandwirtschaft zu einem wichtigen Entwicklungszweig der modernen Landwirtschaft entwickelt. Sie ist ein auf moderner Informationstechnologie basierendes Produktionsmodell. Durch die präzise Erfassung, Analyse und Anwendung von Daten über landwirtschaftliche Flächen ermöglicht sie die effektive Überwachung und Steuerung der Bodenbeschaffenheit, des Pflanzenwachstums sowie von Schädlingen und Krankheiten. Dadurch werden die Effizienz der landwirtschaftlichen Produktion und die Qualität der Erzeugnisse verbessert. Hyperspektrale Fernerkundungstechnologien spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Hyperspektrale Überwachungstechnologie unterstützt die Präzisionslandwirtschaft

Hyperspektrale Fernerkundung, auch bekannt als bildgebende spektrale Fernerkundung, bezeichnet die Technologie zur Erfassung eines breiten Spektrums sehr schmalbandiger und kontinuierlicher spektraler Bilddaten im sichtbaren, nahinfraroten, mittleren Infrarot- und thermischen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Ihre Bandbreite beträgt in der Regel weniger als 10 nm, wodurch kontinuierlichere und vollständigere spektrale Informationen gewonnen werden, ein größerer Spektralbereich abgedeckt wird, Pflanzenarten präzise unterschieden und verschiedene agronomische Parameter von Nutzpflanzen überwacht werden können.

Die Anwendung der hyperspektralen Fernerkundungstechnologie in der Präzisionslandwirtschaft zeigt sich vor allem in der schnellen, zerstörungsfreien und genauen Überwachung des Pflanzenwachstums, der physiologischen und biochemischen Eigenschaften, des Ertrags und der Qualität mithilfe hyperspektraler Fernerkundungsdaten. Dies bietet technische Unterstützung für die wissenschaftliche Bewirtschaftung und die ertragreiche und hocheffiziente Bewirtschaftung von Nutzpflanzen.

Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD - Weizenreifeüberwachung

Weizen (Triticum aestivum) ist ein weltweit wichtiges Nahrungsmittel, das für etwa 35–40 % der Weltbevölkerung als Grundnahrungsmittel dient. In meinem bevölkerungsreichen Land ist die Nachfrage nach Weizen konstant hoch. In den letzten Jahren haben Wettbewerb und Veränderungen der Bodenqualität zu erheblichen Schwankungen in der Weizenproduktion geführt. Die Weizenproduktion ist entscheidend für die Ernährungssicherheit, die wirtschaftliche Entwicklung und die soziale Stabilität meines Landes; zeitnahe Informationen zur Weizenproduktion liefern eine wissenschaftliche Grundlage für nationale wirtschaftspolitische und makroökonomische Entscheidungen.

Um die Weizenreife schnell und präzise zu überwachen und den Erntezeitpunkt optimal zu bestimmen, wurde in dieser Studie Weizen von einem Demonstrationsfeld im Bezirk Chang'an untersucht. Während der mittleren bis späten Kornfüllungsphase wurden RGB- und Multispektralbilder des Versuchsfeldes mittels UAV aufgenommen. Die RGB-Bilder wurden in den Lab-Space-Transformationsmodus transformiert, um die Werte der a-Komponente zu extrahieren und die Veränderungen der Weizenkornreife zu analysieren. Die a-Werte des Weizens vom Kornbildungsstadium bis zum Milchreifestadium wurden normalisiert, um einen Reifeüberwachungsindex (MCI) zu erstellen. Die spektralen Eigenschaften des Weizens in verschiedenen Reifestadien wurden anhand von Multispektralbildern analysiert. Basierend auf optimierten Bandmerkmalen wurden der Vegetationsindex (RVI) und der normalisierte Differenzvegetationsindex (NDVI) als unabhängige Variablen für die MCI-Inversion ausgewählt, um ein Modell zur Überwachung der Weizenreife zu entwickeln.

Die folgende Abbildung zeigt die Ergebnisse der Bestimmung des Reifegrades von Weizen vor der Ernte auf einem Weizendemonstrationsfeld im Bezirk Chang'an, Provinz Shaanxi. Am 22. Mai umfasste die überwachte Fläche etwa 1254,36 Mu, wovon etwa 227,42 Mu, was 18,13 % der Gesamtfläche entspricht, als relativ reif eingestuft wurden.

Die hyperspektrale Fernerkundungstechnologie ermöglicht die genaue Erfassung detaillierter spektraler Informationen über Pflanzen und die Erstellung von Überwachungsmodellen. Dadurch wird eine präzise Überwachung von Pflanzenart und Anbaufläche, Wachstumsbedingungen, Schädlingen und Krankheiten, physiologischen und biochemischen Eigenschaften, Wachstum, Ertrag und Qualität der Pflanzen usw. ermöglicht. Dies fördert ein wissenschaftliches Management der Landwirtschaft, trägt zur Erzielung hoher Erträge und Qualitäten bei und leistet einen positiven Beitrag zur Entwicklung der Präzisionslandwirtschaft.