在未來(lái)農(nóng)業(yè)的信息化道路上，對(duì)氣象作物生長(zhǎng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)，也就是對(duì)農(nóng)業(yè)種植與環(huán)境的了解，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。對(duì)此，無(wú)數(shù)科研機(jī)構(gòu)、高校都投入了大量精力，目前在氣象作物生長(zhǎng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，取得了一定進(jìn)展。

一、東北三省地區(qū)生長(zhǎng)季旱澇對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

參與機(jī)構(gòu)：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地利用遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

為評(píng)估生長(zhǎng)季旱澇對(duì)作物產(chǎn)量的影響，提升農(nóng)業(yè)增產(chǎn)保收。該團(tuán)隊(duì)研究分析指數(shù)與春玉米相對(duì)氣象產(chǎn)量的關(guān)系以及不同生育階段水分條件與產(chǎn)量之間的關(guān)系。基于1988—2017年氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)和災(zāi)情、產(chǎn)量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以中國(guó)東北三省為研究區(qū)。

結(jié)果表明:黑龍江關(guān)鍵生育期主要受旱災(zāi)影響，在出苗—拔節(jié)、拔節(jié)—抽穗期正常偏濕年份可達(dá)到最高產(chǎn)量，但中度及以上雨澇仍會(huì)導(dǎo)致玉米減產(chǎn)，抽穗—乳熟期在輕度濕潤(rùn)時(shí)可高產(chǎn)，重度濕潤(rùn)時(shí)會(huì)因澇減產(chǎn)。本研究對(duì)東北三省地區(qū)預(yù)估旱澇災(zāi)害對(duì)春玉米產(chǎn)量影響和及時(shí)采取災(zāi)害防御措施具有一定的參考價(jià)值。

二、基于無(wú)人機(jī)圖像顏色與紋理特征的小麥不同生育時(shí)期生物量估算

參與機(jī)構(gòu)：揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、揚(yáng)州大學(xué)江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心

為實(shí)現(xiàn)小麥生物量田間快速無(wú)損檢測(cè)，開(kāi)展基于不同密度、氮肥和品種處理的田間試驗(yàn)。該團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用無(wú)人機(jī)獲取小麥越冬前期、拔節(jié)期、孕穗期和開(kāi)花期4個(gè)時(shí)期的RGB圖像，分析不同顏色指數(shù)和紋理特征參數(shù)與小麥生物量的關(guān)系，篩選出適合小麥生物量估算的顏色和紋理特征指數(shù)。

結(jié)果表明，不同時(shí)期圖像顏色指數(shù)和小麥生物量均有較高的相關(guān)性，且大部分達(dá)到極顯著相關(guān)水平;圖像紋理特征指數(shù)與小麥生物量的相關(guān)性較差，只有少數(shù)指標(biāo)達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)水平，說(shuō)明模型估算的結(jié)果是可靠的，且精度較高。同時(shí)結(jié)合無(wú)人機(jī)圖像顏色和紋理特征指數(shù)的小麥生物量估測(cè)模型的效果要優(yōu)于單一顏色指數(shù)模型。該研究可為小麥田間長(zhǎng)勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與生物量估算提供新手段。

三、基于無(wú)人機(jī)圖像以及不同機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模型的小麥倒伏率檢測(cè)

參與機(jī)構(gòu)：北達(dá)科他州州立大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程系

小麥在生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生倒伏會(huì)嚴(yán)重影響其產(chǎn)量，因此實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確地對(duì)小麥倒伏狀況監(jiān)測(cè)有很重要的意義。

針對(duì)傳統(tǒng)方法監(jiān)測(cè)小麥倒伏效率低、易出錯(cuò)，數(shù)據(jù)集不準(zhǔn)確的問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)研究提出了一種基于圖像處理的自動(dòng)數(shù)據(jù)集生成方法。

首先利用無(wú)人機(jī)采集圖像數(shù)據(jù)，采用三種機(jī)器學(xué)習(xí)(支持向量機(jī)、隨機(jī)森林、K近鄰)和三種深度學(xué)習(xí)(ResNet101、GoogLeNet、VGG16)算法對(duì)小麥倒伏檢測(cè)情況進(jìn)行分類。結(jié)果顯示，本研究證明了針對(duì)在91 m高度采集的無(wú)人機(jī)圖像，采用ResNet101對(duì)小麥倒伏率檢測(cè)是一種有效的替代人工檢測(cè)的方法，其檢測(cè)精度達(dá)到了75%。

四、利用表面增強(qiáng)拉曼光譜定量檢測(cè)植物激素脫落酸

參與機(jī)構(gòu)：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院、河南省農(nóng)業(yè)激光技術(shù)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、小麥玉米作物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

為解決植物激素脫落酸在植物組織中含量較低，檢測(cè)靈敏度低的問(wèn)題。該團(tuán)隊(duì)研究建立了一種基于適配體識(shí)別和表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測(cè)的ABA快速、定量檢測(cè)方法。

結(jié)果表明，該方法用于小麥葉片中ABA的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定具有良好的吻合度(相對(duì)誤差≤9.13%)。該研究為植物激素快速檢測(cè)提供了有效的解決方案。

五、基于探地雷達(dá)的田塊尺度下不同深度土壤含水量監(jiān)測(cè)

參與機(jī)構(gòu)：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所

為確定田塊尺度下探地雷達(dá)對(duì)不同深度及相鄰反射層間土壤含水量的反演精度、有效反演深度、最佳反演深度及最優(yōu)反演模型，該團(tuán)隊(duì)研究采用1000 MHz中心頻率探地雷達(dá)設(shè)備，根據(jù)土壤體積含水量和介電常數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算獲得不同深度的土壤體積含水量。

試驗(yàn)結(jié)果表明，探地雷達(dá)具備對(duì)定量深度田間土壤含水量快速、精準(zhǔn)檢測(cè)的能力，但其反演模型需根據(jù)不同土壤類型等條件進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)校正。

六、基于高光譜遙感的冬小麥澇漬脅迫識(shí)別及程度判別分析

參與機(jī)構(gòu)：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部信息服務(wù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

針對(duì)冬小麥澇漬脅迫頻發(fā)的問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)為識(shí)別冬小麥澇漬脅迫及判別其脅迫程度，監(jiān)測(cè)冬小麥?zhǔn)欠裨馐軡碀n脅迫并判別其澇漬脅迫程度，開(kāi)展了一項(xiàng)基于高光譜遙感的冬小麥澇漬脅迫識(shí)別及程度判別分析。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，簡(jiǎn)單比值色素指數(shù)SRPI是識(shí)別澇漬脅迫冬小麥的最優(yōu)植被指數(shù)。紅光吸收谷(RW:640～680 nm)是識(shí)別冬小麥澇漬脅迫程度的最優(yōu)波段，在RW波段內(nèi)，抽穗、開(kāi)花和灌漿期的光譜微分差信息熵可判別冬小麥澇漬脅迫程度，脅迫程度越大，光譜微分差信息熵越大。該研究為澇漬脅迫監(jiān)測(cè)提供了一種新方法，在澇漬脅迫精確防控中具有較好的應(yīng)用前景。

七、利用無(wú)人機(jī)影像監(jiān)測(cè)不同生育階段玉米群體株高的精度差異分析

參與機(jī)構(gòu)：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

為明確利用無(wú)人機(jī)影像監(jiān)測(cè)玉米群體株高的精度及其影響因素，該團(tuán)隊(duì)研究了基于無(wú)人機(jī)搭載光學(xué)成像設(shè)備構(gòu)建大田玉米群體數(shù)字高程模型，研究不同生育時(shí)期下玉米群體株高檢測(cè)的精度差異。

試驗(yàn)結(jié)果表明，高清RGB相機(jī)的株高監(jiān)測(cè)精度優(yōu)于多光譜成像設(shè)備，但株高監(jiān)測(cè)精度不足，難以反映玉米群體的較小株高差異。不同生育階段對(duì)玉米株高監(jiān)測(cè)精度具有較大影響，生育前期冠層尚未全部覆蓋地表或生育后期植株衰老葉片枯黃下垂時(shí)，受裸露地表影響，群體株高被嚴(yán)重低估。該研究分析了影響無(wú)人機(jī)搭載成像設(shè)備監(jiān)測(cè)玉米株高精度的因素，可為該方法應(yīng)用于大田生產(chǎn)提供借鑒意義。