基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法技术

本发明专利技术公开一种基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，所述诊断方法基于一搭载多光谱成像设备的无人机和特征匹配服务器，所述搭载多光谱成像设备的无人机包括机身和多波段多光谱相机，所述多波段多光谱相机通过一载台安装于机身上，所述特征匹配服务器内存储有茶树冠层反射光谱影像特征库、茶树营养状况信息，以及茶树冠层反射光谱影像特征库与茶树营养状况信息之间的匹配关系信息，获得被扫描区域内的茶树营养状况的空间分布，为精准施肥提供依据。本发明专利技术可以为精准施肥提供直接的科学依据，避免了经验性施肥以及盲目过量施肥，可大大节省肥料用量，减少施肥成本并避免环境风险。

【技术实现步骤摘要】
基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法
本专利技术涉及一种基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，属于光谱检测

技术介绍
目前，利用作物冠层漫反射光谱获取作物生长信息是农业信息领域的重要研究方向，国内外学者对漫反射光谱和相关作物生长信息之间的机理关系已经有了十分深入和广泛的研究，大量研究表明：利用冠层光谱分析技术可以有效实现作物生长特征和植株营养状况的动态监测，其中差值植被指数、归一化植被指数和比值植被指数等光谱指数被广泛应用于植物叶面积指数、干物质生产、叶片氮含量和氮积累量、叶片碳氮比和产量估测，相比于传统的物理和生化方法研究作物的营养状况，冠层光谱分析技术具有快速、便携、无损、不受时空限制等突出优点，是农业信息化领域迫切需要的技术手段。然而，茶树因为其生长环境的特殊性，例如，生长于丘陵山区地带，常年潮湿，烟雾缭绕，很难通过卫星遥感影像获得精确的光谱影像，阻碍了冠层光谱分析技术在茶树上的运用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，该基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法可以为精准施肥提供直接的科学依据，避免了经验性施肥以及盲目过量施肥，可大大节省肥料用量，减少施肥成本并避免环境风险。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，所述诊断方法基于一搭载多光谱成像设备的无人机和特征匹配服务器，所述搭载多光谱成像设备的无人机包括机身、若干与机身连接的旋臂、分别安装于旋臂末端的旋翼和多波段多光谱相机，所述多波段多光谱相机通过一载台安装于机身上；所述载台进一步包括支撑架、第一转架、第二转架和用于安装所述多波段多光谱相机的旋转平台，所述第一转架位于支撑架下方并通过第一电机与支撑架连接，所述第一电机安装于支撑架上，此第一电机的输出轴与第一转架连接，所述第一转架的两侧竖边上分别安装有一第二电机，所述第二转架嵌入第一转架内，且第二转架相对的两侧边分别通过转轴与第二电机连接，所述第二转架的另两侧边上分别安装有一第三电机，所述旋转平台位于第二转架内，且此旋转平台的两侧分别通过转轴与第三电机连接；所述机身的安装板与载台的支撑架通过两根螺杆连接，所述机身的安装板下表面与载台的支撑架上表面之间且位于两根螺杆之间具有一减震组件，此减震组件包括第一泡棉层、橡胶垫层和第二泡棉层，所述橡胶垫层位于第一泡棉层和第二泡棉层之间，所述螺杆上分别套装有一弹簧；所述机身进一步包括盖板、底板和壳体，所述多波段多光谱相机安装于壳体内，所述位于多波段多光谱相机下方的底板上开有供多波段多光谱相机的光谱穿过的成像通孔；所述特征匹配服务器内存储有茶树冠层反射光谱影像特征库、茶树营养状况信息，以及茶树冠层反射光谱影像特征库与茶树营养状况信息之间的匹配关系信息；所述茶树营养状况快速诊断方法包括以下步骤：步骤一、设定所述搭载多光谱成像设备的无人机的飞行路径；步骤二、所述搭载多光谱成像设备的无人机沿着飞行路径飞行，并对种植有茶树的地表区域进行光谱扫描，从而获得茶树冠层反射光谱影像；步骤三、将获得的茶树冠层反射光谱影像与当前的飞行位置信息融合，产生含有位置信息的茶树光谱影像；步骤四、将含有位置信息的茶树光谱影像传输到特征匹配服务器；步骤五、特征匹配服务器提取含有位置信息的茶树光谱影像中的茶树光谱特征信息；步骤六、将步骤五中提取出的茶树光谱特征信息与茶树冠层反射光谱影像特征库进行对比，并根据所述匹配关系信息和位置信息，获得被扫描区域内的茶树营养状况的空间分布，为精准施肥提供依据。上述技术方案中进一步改进的方案如下：1.上述方案中，所述步骤二中的光谱扫描为主动式扫描或者被动式扫描。2.上述方案中，所述若干旋臂的数目为4个，且此4个旋臂呈工字型设置。3.上述方案中，所述旋臂与机身一体成型或者紧固连接。4.上述方案中，所述第一转架为U型转架。5.上述方案中，所述第二转架为矩形转架。6.上述方案中，所述机身内置有卫星定位模块、控制模块、数据处理模块和动力模块。7.上述方案中，所述多波段多光谱相机发射与接收的光谱范围为400nm~760nm。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1.本专利技术基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，通过获得的茶树营养状况的空间分布数据，可以为精准施肥提供直接的科学依据，避免了经验性施肥以及盲目过量施肥，可大大节省肥料用量，减少施肥成本并避免环境风险，具有巨大的经济效益，此外，可以对一些病虫害进行提前防治，监测并保证茶树的健康生长。2.本专利技术基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，其基于的搭载多光谱成像设备的无人机包括机身、若干与机身连接的旋臂、分别安装于旋臂末端的旋翼和多波段多光谱相机，所述多波段多光谱相机通过一载台安装于机身上，所述载台进一步包括支撑架、第一转架、第二转架和用于安装所述多波段多光谱相机的旋转平台，所述第一转架位于支撑架下方并通过第一电机与支撑架连接，所述第一电机安装于支撑架上，此第一电机的输出轴与第一转架连接，所述第一转架的两侧竖边上分别安装有一第二电机，所述第二转架嵌入第一转架内，且第二转架相对的两侧边分别通过转轴与第二电机连接，所述第二转架的另两侧边上分别安装有一第三电机，所述旋转平台位于第二转架内，且此旋转平台的两侧分别通过转轴与第三电机连接，通过载台的设置，使得安装于载台上的光谱相机可以在三个方向上实现实时的姿态纠正，保证光谱相机在扫描过程中扫描角度的稳定性，减小因为无人机本身的抖动或者在丘陵地区的起伏飞行对光谱相机扫描成像精度的影响。3.本专利技术基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，其基于的搭载多光谱成像设备的无人机机身的安装板与载台的支撑架通过两根螺杆连接，所述机身的安装板下表面与载台的支撑架上表面之间且位于两根螺杆之间具有一减震组件，此减震组件包括第一泡棉层、橡胶垫层和第二泡棉层，所述橡胶垫层位于第一泡棉层和第二泡棉层之间，通过减震组件三层三明治结构的设置，保证了载台与机身之间连接的稳定性，大大减少了载台在飞行过程中的震动和抖动等情况，既起到保护机身与载台的作用，又有效提高了安装于载台上光谱相机是扫描精度；其次，其螺杆上分别套装有一弹簧，弹簧的设置，进一步保证了载台与机身连接的稳定性，从而保证飞机飞行的稳定性和光谱相机的扫描精度；再次，其多波段多光谱相机安装于壳体内，所述位于多波段多光谱相机下方的底板上开有供多波段多光谱相机的光谱穿过的成像通孔，将光谱相机设置于机身的客体内，既可以保护光谱相机，延长其使用寿命，同时可以减少飞行阻力，保证飞行的稳定性；再次，其若干旋臂的数目为4个，且此4个旋臂呈工字型设置，旋臂的工字型设计，可以使得无人机在飞行过程中的姿态更加稳定，保证安装于其上的光谱相机的扫描成像精度。附图说明附图1为本专利技术茶树营养状况快速诊断方法原理示意图；附图2为本诊断方法基于的搭载多光谱成像设备的无人机结构示意图；附图3为本诊断方法基于的无人机局部结构示意图；附图4为本诊断方法基于的无人机中载台结构示意图。以上附图中：1、机身；101、盖板；102、底板；103、壳体；104、成像通孔；2、旋臂；3、旋翼；4、多波段多光谱相机；5、载台；501、支撑架；502、第一转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，其特征在于：所述诊断方法基于一搭载多光谱成像设备的无人机和特征匹配服务器，所述搭载多光谱成像设备的无人机包括机身（1）、若干与机身（1）连接的旋臂（2）、分别安装于旋臂（2）末端的旋翼（3）和多波段多光谱相机（4），所述多波段多光谱相机（4）通过一载台（5）安装于机身（1）上；所述载台（5）进一步包括支撑架（501）、第一转架（502）、第二转架（503）和用于安装所述多波段多光谱相机（4）的旋转平台（504），所述第一转架（502）位于支撑架（501）下方并通过第一电机（505）与支撑架（501）连接，所述第一电机（505）安装于支撑架（501）上，此第一电机（505）的输出轴与第一转架（502）连接，所述第一转架（502）的两侧竖边上分别安装有一第二电机（507），所述第二转架（503）嵌入第一转架（502）内，且第二转架（503）相对的两侧边分别通过转轴与第二电机（507）连接，所述第二转架（503）的另两侧边上分别安装有一第三电机（508），所述旋转平台（504）位于第二转架（503）内，且此旋转平台（504）的两侧分别通过转轴与第三电机（508）连接；所述机身（1）的安装板与载台（5）的支撑架（501）通过两根螺杆（6）连接，所述机身（1）的安装板下表面与载台（5）的支撑架（501）上表面之间且位于两根螺杆（6）之间具有一减震组件，此减震组件包括第一泡棉层（7）、橡胶垫层（8）和第二泡棉层（9），所述橡胶垫层（8）位于第一泡棉层（7）和第二泡棉层（9）之间，所述螺杆（6）上分别套装有一弹簧（10）；所述机身（1）进一步包括盖板（101）、底板（102）和壳体（103），所述多波段多光谱相机（4）安装于壳体（103）内，所述位于多波段多光谱相机（4）下方的底板（102）上开有供多波段多光谱相机（4）的光谱穿过的成像通孔（104）；所述特征匹配服务器内存储有茶树冠层反射光谱影像特征库、茶树营养状况信息，以及茶树冠层反射光谱影像特征库与茶树营养状况信息之间的匹配关系信息；所述茶树营养状况快速诊断方法包括以下步骤：步骤一、设定所述搭载多光谱成像设备的无人机的飞行路径；步骤二、所述搭载多光谱成像设备的无人机沿着飞行路径飞行，并对种植有茶树的地表区域进行光谱扫描，从而获得茶树冠层反射光谱影像；步骤三、将获得的茶树冠层反射光谱影像与当前的飞行位置信息融合，产生含有位置信息的茶树光谱影像；步骤四、将含有位置信息的茶树光谱影像传输到特征匹配服务器；步骤五、特征匹配服务器提取含有位置信息的茶树光谱影像中的茶树光谱特征信息；步骤六、将步骤五中提取出的茶树光谱特征信息与茶树冠层反射光谱影像特征库进行对比，并根据所述匹配关系信息和位置信息，获得被扫描区域内的茶树营养状况的空间分布，为精准施肥提供依据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于冠层反射光谱的茶树营养状况快速诊断方法，其特征在于：所述诊断方法基于一搭载多光谱成像设备的无人机和特征匹配服务器，所述搭载多光谱成像设备的无人机包括机身（1）、若干与机身（1）连接的旋臂（2）、分别安装于旋臂（2）末端的旋翼（3）和多波段多光谱相机（4），所述多波段多光谱相机（4）通过一载台（5）安装于机身（1）上；所述载台（5）进一步包括支撑架（501）、第一转架（502）、第二转架（503）和用于安装所述多波段多光谱相机（4）的旋转平台（504），所述第一转架（502）位于支撑架（501）下方并通过第一电机（505）与支撑架（501）连接，所述第一电机（505）安装于支撑架（501）上，此第一电机（505）的输出轴与第一转架（502）连接，所述第一转架（502）的两侧竖边上分别安装有一第二电机（507），所述第二转架（503）嵌入第一转架（502）内，且第二转架（503）相对的两侧边分别通过转轴与第二电机（507）连接，所述第二转架（503）的另两侧边上分别安装有一第三电机（508），所述旋转平台（504）位于第二转架（503）内，且此旋转平台（504）的两侧分别通过转轴与第三电机（508）连接；所述机身（1）的安装板与载台（5）的支撑架（501）通过两根螺杆（6）连接，所述机身（1）的安装板下表面与载台（5）的支撑架（501）上表面之间且位于两根螺杆（6）之间具有一减震组件，此减震组件包括第一泡棉层（7）、橡胶垫层（8）和第二泡棉层（9），所述橡胶垫层（8）位于第一泡棉层（7）和第二泡棉层（9）之间，所述螺杆（6）上分别套装有一弹簧（10）；所述机身（1）进一步包括盖板（101）、底板（102）和壳体（103），所述多波段多光谱相机（4）安装于壳体（103）内，所述位于多波段多光谱相机（4）下方的底板（102）上开有供多波段多光谱相机（4）的光谱穿过的成像通孔（104）；所述特征匹配服务器内存储有茶树冠层反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪康，张玉龙，张玉星，
申请(专利权)人：昆山小茶智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32