Аннотация: В этой статье подробно рассматривается широкое применение технологии гиперспектральной визуализации в области сельского хозяйства. В ней подробно рассматривается ее важная роль в мониторинге урожая, анализе почвы и тестировании качества сельскохозяйственной продукции, анализируются преимущества и проблемы этой технологии, а также рассматриваются перспективы ее будущего развития.
I. Введение
Сельское хозяйство, как базовая отрасль национальной экономики, имеет решающее значение для обеспечения продовольственной безопасности и содействия экономическому развитию. С непрерывным развитием науки и техники технология гиперспектральной съемки принесла новые возможности развития в сельскохозяйственную сферу с ее уникальными преимуществами. Гиперспектральные изображения могут предоставить богатую спектральную информацию и пространственную информацию, обеспечивая мощную техническую поддержку для реализации точного земледелия.
II. Обзор технологии гиперспектральной визуализации
(I) Принцип
Гиперспектральные изображения состоят из серии непрерывных узкополосных изображений. Измеряя отражение, излучение и другие характеристики целевого объекта на разных длинах волн, получается кривая спектральной характеристики цели. Эти кривые спектральной характеристики отражают физические, химические и другие характеристики цели и могут использоваться для идентификации и классификации цели.
(II) Характеристики
Высокое спектральное разрешение: он может различать крошечные спектральные различия и проводить тонкие различия между культурами и компонентами почвы в разных состояниях роста.
Многополосная информация: он содержит большое количество полос и может полностью получать спектральную информацию цели.
Объединение пространственной информации со спектральной информацией: можно не только определить местоположение цели, но и глубоко понять ее внутренние характеристики.
Бесконтактное измерение: мониторинг можно проводить, не влияя на рост культуры.
III. Применение гиперспектральных изображений в сельском хозяйстве
(I) Мониторинг посевов
Мониторинг состояния роста: анализируя спектральные характеристики посевов, можно отслеживать рост посевов в режиме реального времени, например, индекс площади листьев, биомассу и т. д. Например, на разных стадиях роста спектральная кривая посевов будет меняться, и эти изменения можно использовать для оценки состояния здоровья и прогресса роста посевов.
Обнаружение вредителей и болезней: вредители и болезни могут вызывать изменения в спектральных характеристиках посевов. Технология гиперспектральной визуализации позволяет быстро и точно определять область распространения и серьезность вредителей и болезней. Своевременно принимать превентивные меры для сокращения потерь.
Мониторинг водного стресса: нехватка воды влияет на физиологическое состояние посевов, тем самым изменяя их спектральные характеристики. Гиперспектральные изображения можно использовать для контроля состояния влажности посевов и обеспечения основы для разумного орошения.
(II) Анализ почвы
Обнаружение компонентов: содержание органических веществ, азота, фосфора, калия и других питательных веществ в почве можно анализировать для предоставления данных для оценки плодородия почвы и точного внесения удобрений.
Текстурный анализ: спектральные характеристики могут использоваться для определения типа текстуры почвы, например, песчаная почва, суглинок, глина и т. д., что обеспечивает эталон для улучшения почвы в сельскохозяйственном производстве.
Обнаружение загрязнения: может обнаруживать загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы и остатки пестицидов в почве, предоставляя технические средства для защиты окружающей среды почвы.
(III) Определение качества сельскохозяйственной продукции
Оценка зрелости: сельскохозяйственные продукты разной зрелости имеют разные спектральные характеристики. Технология гиперспектральной визуализации может точно оценить зрелость сельскохозяйственной продукции и обеспечить основу для своевременного сбора.
Оценка качества: качество сельскохозяйственной продукции может быть оценено, например, по сладости, кислотности, твердости и другим показателям фруктов, для увеличения добавленной стоимости сельскохозяйственной продукции.
Определение подлинности: для некоторых ценных сельскохозяйственных продуктов, таких как китайские лекарственные материалы, технология гиперспектральной визуализации может использоваться для определения подлинности с целью защиты прав и интересов потребителей.
IV. Преимущества и проблемы применения технологии гиперспектральной съемки в сельском хозяйстве
(I) Преимущества
Высокая точность: может предоставлять обширную информацию и осуществлять точный мониторинг и анализ сельскохозяйственных целей.
Высокая эффективность: может быстро получать сельскохозяйственную информацию по большой площади и повышать эффективность управления сельскохозяйственным производством.
Неразрушающий контроль: бесконтактный метод измерения, который не наносит вреда посевам и почве.
(II) Проблемы
Сложная обработка данных: гиперспектральные изображения содержат большой объем данных и их трудно обрабатывать, требуя профессионального программного обеспечения и алгоритмов.
Высокая стоимость: оборудование для гиперспектральной съемки стоит дорого, что ограничивает его широкое применение в сельскохозяйственной сфере.
Проблемы адаптации к окружающей среде: качество гиперспектральных изображений может ухудшаться в различных условиях окружающей среды, таких как освещение и климат.
V. Перспективы дальнейшего развития
Непрерывный технологический прогресс: с непрерывным развитием сенсорных технологий, алгоритмов обработки данных и т. д. технология гиперспектральной визуализации станет более зрелой и совершенной, а ее производительность будет продолжать улучшаться.
Снижение затрат: с популяризацией технологий и усилением рыночной конкуренции ожидается, что цена оборудования для гиперспектральной визуализации будет постепенно снижаться, что сделает его более широко используемым в сельскохозяйственной сфере.
Интеграция нескольких технологий: объединение технологии гиперспектральной визуализации с другими передовыми технологиями, такими как технология беспилотников и технология Интернета вещей, для достижения более интеллектуального управления сельскохозяйственным производством.
Расширение области применения: в дополнение к текущим областям применения технология гиперспектральной визуализации также будет играть важную роль в сельскохозяйственном страховании, оценке сельскохозяйственных ресурсов и других областях.
VI. Заключение
Технология гиперспектральной визуализации имеет широкие перспективы применения в сельскохозяйственной сфере. Она обеспечивает точные и эффективные средства для мониторинга урожая, анализа почвы и тестирования качества сельскохозяйственной продукции. Хотя все еще существуют некоторые проблемы, с непрерывным развитием технологий и снижением затрат технология гиперспектральной визуализации будет играть все более важную роль в сельскохозяйственной сфере и вносить больший вклад в содействие модернизации сельского хозяйства.