Phân tích sự phát triển của các thửa ruộng nông nghiệp dựa trên công nghệ siêu phổ và máy bay không người lái.

Với sự phát triển không ngừng của hiện đại hóa nông nghiệp, công nghệ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng, cũng như giảm thiểu lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Trong bối cảnh đó, các phương pháp giám sát sinh trưởng cây trồng dựa trên hình ảnh siêu phổ đang trở thành một chủ đề nóng trong giám sát nông nghiệp.

khái niệm về sự phát triển của cây trồng

Sức sống sinh trưởng của cây trồng đề cập đến trạng thái sinh lý, tốc độ tăng trưởng và sự tích lũy sinh khối của cây trồng trong quá trình sinh trưởng và phát triển. Chất lượng sinh trưởng của cây trồng phản ánh trực tiếp tình trạng sức khỏe và tiềm năng năng suất của cây trồng, và là một chỉ số giám sát quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Việc đánh giá sức sống sinh trưởng của cây trồng thường bao gồm nhiều khía cạnh như chiều cao cây, diện tích lá, hàm lượng diệp lục và sinh khối.

Việc theo dõi sự sinh trưởng của cây trồng có ý nghĩa rất quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp. Bằng cách theo dõi sự sinh trưởng của cây trồng, các vấn đề phát sinh trong quá trình sinh trưởng có thể được xác định kịp thời, cho phép áp dụng các biện pháp quản lý phù hợp để thúc đẩy sự phát triển khỏe mạnh của cây trồng và cải thiện năng suất cũng như chất lượng. Theo dõi sự sinh trưởng cũng có thể hỗ trợ việc ra quyết định trong sản xuất nông nghiệp, chẳng hạn như điều chỉnh mật độ trồng, lượng phân bón và lượng nước tưới, để đạt được việc trồng trọt khoa học và quản lý chính xác.

Công nghệ siêu phổ ứng dụng trong giám sát nông nghiệp

Công nghệ chụp ảnh siêu phổ là công nghệ chuyển đổi thông tin quang phổ phản xạ hoặc truyền qua của một vật thể thành hình ảnh, và nó có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong nông nghiệp, chụp ảnh siêu phổ có thể thu thập thông tin quang phổ phản xạ của cây trồng ở các dải bước sóng khác nhau, cung cấp thông tin như chỉ số thực vật, hàm lượng diệp lục và tình trạng sinh trưởng.

So với các phương pháp giám sát nông nghiệp truyền thống, công nghệ hình ảnh siêu phổ có những ưu điểm sau: Thứ nhất, nó có thể thu thập nhiều thông tin về thảm thực vật hơn, bao gồm các chỉ số thực vật, chiều cao cây và chỉ số diện tích lá, giúp việc giám sát toàn diện và chính xác hơn. Thứ hai, đây là phương pháp giám sát nhanh chóng, có thể thu thập chính xác thông tin quang phổ từ hàng nghìn điểm ảnh, nâng cao hiệu quả giám sát sự phát triển của cây trồng. Thứ ba, nó cho phép giám sát sự phát triển của cây trồng mà không cần tiếp xúc trực tiếp, tránh gây hại cho cây trồng.

Công nghệ máy bay không người lái + cảm biến từ xa siêu phổ cho giám sát nông nghiệp

Với sự phát triển của ngành công nghiệp máy bay không người lái ở Trung Quốc, ứng dụng của chúng trong bảo vệ thực vật, giám sát lâm nghiệp và thụ phấn cây trồng ngày càng phổ biến. Máy bay không người lái bảo vệ thực vật trong nông nghiệp hiệu quả hơn gấp hàng chục lần so với phương pháp phun thuốc truyền thống, và việc thụ phấn bằng máy bay không người lái trong sản xuất giống lúa lai giúp giảm đáng kể cường độ lao động và nâng cao hiệu quả sản xuất giống. Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy bay không người lái kết hợp với công nghệ quang phổ đã giúp giám sát động thái sinh trưởng của vườn cây ăn quả một cách vĩ mô, năng động và nhanh chóng. Máy bay không người lái nông nghiệp bay ở độ cao thấp, thường từ 50-100m, không cần hiệu chỉnh khí quyển, và hệ thống điều khiển bay của chúng tương đối đơn giản, với không gian đo lường và điều khiển phù hợp với kích thước vườn cây. Việc khám phá ứng dụng của chỉ số NDVI thu được từ camera đa quang phổ trang bị trên máy bay không người lái trong giám sát sinh trưởng và xác định vị trí cây bị thiếu có ý nghĩa rất lớn trong việc hỗ trợ canh tác vườn cây ăn quả chính xác và kỹ thuật số, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất cây ăn quả.

Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD - Phân tích tăng trưởng thửa ruộng nông nghiệp

Dữ liệu ánh sáng nhìn thấy và dữ liệu siêu phổ được thu thập bằng máy bay không người lái. Sau khi hiệu chỉnh hình học, tính toán chỉ số và phân cụm không giám sát, trạng thái sinh trưởng của cây trồng trên các ô thí nghiệm quy mô lớn được hiển thị trực quan. Hình ảnh hiển thị là ảnh chụp từ máy bay không người lái vào ngày 19 tháng 3 năm 2024, trong giai đoạn đẻ nhánh của lúa mì. Hình ảnh bên phải là bản đồ phân cụm chỉ số thực vật NDVI, đã loại bỏ các tòa nhà và đường sá.

Hình ảnh phía trên là báo cáo phân tích sự phát triển thảm thực vật ở cấp độ thửa ruộng, với chú thích hiển thị kết quả phân cụm dựa trên chỉ số thực vật NDVI. Biểu đồ hình tròn bên dưới hình ảnh hiển thị tỷ lệ diện tích cây trồng có tốc độ sinh trưởng khác nhau. Các khu vực có tốc độ sinh trưởng tương đối tốt và kém được khoanh tròn màu đỏ và vàng trên bản đồ để người trồng tham khảo.

Là một công nghệ giám sát thông tin mới với độ phân giải không gian và thời gian cao, hình ảnh siêu phổ UAV mang lại những lợi thế đáng kể về quy mô không gian và độ chính xác so với các phương pháp giám sát truyền thống, khiến nó đặc biệt phù hợp cho việc thu thập nhanh chóng thông tin kỹ thuật số ở các vùng đất nông nghiệp quy mô trung bình. Trong tương lai gần, với sự phát triển và cải tiến của các nền tảng bay UAV, công nghệ thu thập thông tin đa nguồn trên không, kỹ thuật khai thác và mô hình hóa dữ liệu, và các nền tảng công nghệ hỗ trợ ra quyết định, công nghệ siêu phổ UAV dự kiến ​​sẽ được ứng dụng rộng rãi và sâu rộng hơn trong nông nghiệp và các lĩnh vực liên quan.