Pix4Dfields后處理軟件 多光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用案例

農(nóng)業(yè)助力甘蔗催熟劑使用成本降低20%，產(chǎn)量預(yù)測準(zhǔn)確度達(dá)93%。

Trinoo是一家從事無人機(jī)農(nóng)藥噴灑的農(nóng)業(yè)公司，從2018年開始，已有兩年的甘蔗種植無人機(jī)噴灑應(yīng)用研究經(jīng)驗(yàn)。公司位于哥倫比亞大的甘蔗產(chǎn)區(qū)——考卡山谷省。此地區(qū)有14家蔗糖廠，平均每年要收割240,000公頃甘蔗。
減少甘蔗催熟劑用量，預(yù)測作物產(chǎn)量
哥倫比亞主要的蔗糖廠之一希望提高甘蔗成熟效率，并更加準(zhǔn)確地預(yù)測每公頃甘蔗地的噸產(chǎn)量。他們決定與Trinoo公司合作，并制定了一項(xiàng)研究協(xié)議，內(nèi)容包括：

制定圖像采集和后處理技術(shù)

根據(jù)作物生長情況，決定圖像采集時(shí)間

確定所要分析的甘蔗品種，以及其他因素

該項(xiàng)目旨在減少催熟劑用量，并提高甘蔗產(chǎn)量的預(yù)測精度。從而降低每公頃的生產(chǎn)成本,并通過在甘蔗收割前120天提供更加準(zhǔn)確的產(chǎn)量預(yù)測來改善蔗糖廠的現(xiàn)金流。 

△ 用于數(shù)據(jù)采集的Parrot Bluegrass無人機(jī)（左）和用于農(nóng)藥噴灑的大疆Agras MG-1P無人機(jī)

利用無人機(jī)和處方圖噴灑催熟劑

催熟過程涉及從空中向甘蔗葉片噴灑催熟劑。這樣做是為了在甘蔗莖稈中聚集更多蔗糖，以便增加每公頃甘蔗的產(chǎn)糖量。過去通常采用統(tǒng)一劑量進(jìn)行噴灑，而不考慮土壤條件、降水量和農(nóng)藝措施會(huì)導(dǎo)致每片甘蔗地的長勢不同。此外，目前采用的標(biāo)準(zhǔn)方法是從甘蔗地取樣后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，在此過程中，由于很難得到真正代表整片甘蔗地的樣本，因而會(huì)造成種種偏差。                        

△ 在Pix4Dfields中生成的甘蔗正射影像鑲嵌圖
在結(jié)合農(nóng)業(yè)技術(shù)后，催熟過程可以利用噴灑無人機(jī)進(jìn)行變量施藥，根據(jù)作物的生長階段決定藥物噴灑量。Trinoo公司提議使用無人機(jī)和多光譜相機(jī)采集圖像，然后在Pix4Dfields軟件中處理圖像并創(chuàng)建處方圖進(jìn)行催熟劑噴灑。

△在Pix4Dfields中創(chuàng)建的甘蔗變量噴灑地圖

建立甘蔗產(chǎn)量預(yù)測算法

Trinoo利用客戶的蔗糖廠收割隊(duì)推薦的植被指數(shù)和其他變量為本項(xiàng)目開發(fā)了一個(gè)計(jì)算每公頃甘蔗噸產(chǎn)量的算法。開發(fā)此預(yù)測算法的步是在Pix4Dfields中生成植被指數(shù)。之后再確定每個(gè)甘蔗品種的光譜特征與每公頃甘蔗噸產(chǎn)量之間的關(guān)系，包括分析甘蔗年齡和品種等變量。

△ NDVI指數(shù)圖是建立甘蔗產(chǎn)量預(yù)測算法的起點(diǎn)


項(xiàng)目成果

催熟劑成本降低20%

通過使用農(nóng)業(yè)方法和噴灑無人機(jī)，Trinoo根據(jù)此研究項(xiàng)目開發(fā)的新服務(wù)為甘蔗種植戶帶來了將催熟劑采購成本降低20%的成果。Trinoo公司的創(chuàng)新主管Felipe BarneyArango指出：“這意味著為我們的客戶每年節(jié)省了約20萬美元。對(duì)于考卡山谷省的14家蔗糖廠所代表的整個(gè)產(chǎn)業(yè)來說，此服務(wù)可幫助其每年節(jié)省80萬至100萬美元。"

△Trinoo團(tuán)隊(duì)根據(jù)處方圖上識(shí)別的位置和用量使用無人機(jī)施用催熟劑

甘蔗產(chǎn)量預(yù)測準(zhǔn)確度達(dá)93%

在對(duì)每公頃甘蔗噸產(chǎn)量的預(yù)測方面，Trinoo的精度達(dá)到了93%。Felipe總結(jié)道：“我們可多提前120天預(yù)測即將收割的甘蔗噸數(shù)，此預(yù)測信息可以改善各公司的現(xiàn)金流預(yù)測、工廠規(guī)劃及每家蔗糖廠的銷售預(yù)測。這終將會(huì)在勞動(dòng)力需求規(guī)劃和營銷規(guī)劃方面節(jié)省大量資金。"
Pix4Dfields的優(yōu)勢在此次研究中，Trinoo用Pix4Dfields處理了26個(gè)項(xiàng)目，總共30000張圖像。他們發(fā)現(xiàn)此軟件具有以下優(yōu)勢:

此軟件高度易用，功能直觀，對(duì)于使用者來說不需要花費(fèi)太多的學(xué)習(xí)時(shí)間。

對(duì)硬件計(jì)算能力要求低，可以在只有4 GB 內(nèi)存的計(jì)算機(jī)上以可接受的圖像處理速度運(yùn)行該軟件。

易于導(dǎo)出報(bào)告、成果、圖像和矢量圖，方便與其他流程進(jìn)行整合。

包含多種多樣的植被指數(shù)，能夠進(jìn)行多種組合分析。

通過對(duì)比試用市面上的其他軟件并基于文獻(xiàn)綜述，Trinoo團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Pix4Dfields具有非常高的性價(jià)比，且對(duì)于非GIS研究人員來說更加容易使用。