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无人机高光谱为何能够进行病虫害监测？其原理是什么？

花匠小妙招
2024-11-15 05:31

　　从目前国内外森林病虫害监测技术来看，大部分都需要高空卫星的帮助。然而，由于时间分辨率、空间分辨率、光谱分辨率、外部天气等因素的影响，高空卫星无法获取森林病害发生前、期间和发生后不同时期的实时定点图像数据。且因缺乏病害的特点波长造成检测山林病害实际效果并不是理想化。而航空遥感因为航线管理方案和经费预算的限定等，航空遥感不太可能做为在我国基本的山林病害检测方式，只有在重特大自然灾害产生时，做为通讯卫星遥感技术的一种填补。

　　高光谱技术诊断病虫害的原理

　　当植物遭受病虫害侵染后，主要有两种表现形式:一是植物外部形态的变化，二是内部生理变化，但无论是形态的变化或生理的变化，都必然导致植物光谱特征发生变化。

　　受害绿色植物的光谱特性与健康绿色植物的光谱特性相比，某些特征波长的值总会发生不同程度的变化，高光谱技术正是利用颜色之间的光谱特性，进行森立病虫害监测。。

　　当植物生长健康，处于生长期高峰，叶绿素含量高时，“绿峰”向蓝光方向偏移，而植物因病虫危害或缺而“绿”时，“绿峰”则向红光方向偏移。在近红外波段绿色植物的光谱反射率取决于叶片内部的细胞结构。一般认为健康叶片的海绵状叶肉组织的所有空间都充满水分而膨胀时，对任何辐射都是一种良好的反射体，间插在叶肉组织的栅状柔软网胞组织，吸收可见光中的蓝光和红光而反射绿光。

　　当植物受病害侵害时，叶片组织的水分代谢受到阻碍，此后随着病虫害危害的加重，植物细胞结构遭到破坏，各种色素的含量也随之减少，导致叶片对近红外辐射的反射能力减少。在光谱特征上表现为可见光区(400 nm - 700 nm)反射率升高而近红外区(720 nm - 1100 nm)反射率降低。近红外区研究的重点是“红边”。

无人机高光谱为何能够进行病虫害监测？其原理是什么？

　　红边的定义是反射光谱的一阶微分的最大值对应的光谱位置(波长)，通常位于680 nm-750 nm之间。“红边”位置依据叶绿素含量、生物量和物候变化，延波长轴方向移动。当叶绿素含量高、生长活力旺盛时，“红边”会向红外方向偏移;当植物由于感染病虫害或因污染、物候变化而“失绿”时，则“红边”会向蓝光方向移动。研究发现近红外部分反射率的改变是发生在可见光部分的反射率发生改变之前。这是因为在这段时间内，细胞组织中的叶绿素的数量和质量还没有发生改变。