Smart Agriculture ›› 2025, Vol. 7 ›› Issue (3): 89-107.doi: 10.12133/j.smartag.SA202412019
李瑞杰1,2, 王爱冬2, 吴华星2, 李子秋2, 冯向前1,2, 洪卫源2, 汤学军3, 覃金华1,2, 王丹英2, 褚光2, 张运波1(), 陈松2(
)
收稿日期:
2024-12-23
出版日期:
2025-05-30
基金项目:
作者简介:
李瑞杰,硕士研究生,研究方向为多维度水稻表型特征识别、水稻生育期近地遥感分类研究。E-mail: 2023710776@yangtzeu.edu.cn
王爱冬,硕士研究生,研究方向为多源数据融合精准估算水稻表型特征。E-mail: wangaidongjy@163.com。
李瑞杰与王爱冬并列第一作者
通信作者:
LI Ruijie1,2, WANG Aidong2, WU Huaxing2, LI Ziqiu2, FENG Xiangqian1,2, HONG Weiyuan2, TANG Xuejun3, QIN Jinhua1,2, WANG Danying2, CHU Guang2, ZHANG Yunbo1(), CHEN Song2(
)
Received:
2024-12-23
Online:
2025-05-30
Foundation items:
National Key Research and Development Program of China(2022YFD2300702-2); Rice Industry System(CARS-01); Major Scientific Research Task of the Agricultural Science and Technology Innovation Project of the Chinese Academy of Agricultural Sciences(CAAS-ZDRW202001)
About author:
LI Ruijie, E-mail: 2023710776@yangtzeu.edu.cn
WANG Aidong, E-mail: wangaidong@163.com
Corresponding author:
摘要:
【目的/意义】 水稻作为全球主要粮食作物,其生育期精准识别对优化品种选育与生产管理至关重要。传统人工观测效率低、空间覆盖有限,而气象-土壤耦合模型存在参数敏感性与生态适应性瓶颈,难以满足现代农业高效化、精准化需求。遥感技术凭借高时空分辨率、多源协同和低人工干预优势,为水稻全生育期动态监测提供了革新手段。 【进展】 近年来,多源遥感数据(卫星、无人机、近地传感)通过光谱-空间-时序三维校正,结合阈值法、机器学习及深度学习模型显著提升了生育期识别精度。光谱指数与农艺参数的协同反演,以及光学-合成孔径雷达数据融合有效增强了生理可解释性。深度学习框架通过冠层纹理、器官形态特征解析,实现了抽穗期至成熟期的高精度识别,而时序模型则捕捉了生育期连续演进的动态规律。 【结论/展望】 当前技术仍面临多源数据时空异质性、光谱饱和效应、模型泛化能力不足等挑战。未来需构建多源数据同化体系破解时空矛盾,发展跨尺度生理-光谱响应模型揭示生育期驱动机制,并创新机理-数据混合驱动算法提升跨域适应性,最终建立农业大数据支撑的全周期监测体系,为水稻智能管理提供理论及实践支撑。
中图分类号:
李瑞杰, 王爱冬, 吴华星, 李子秋, 冯向前, 洪卫源, 汤学军, 覃金华, 王丹英, 褚光, 张运波, 陈松. 水稻生育期遥感监测的研究进展、瓶颈问题与技术优化路径[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(3): 89-107.
LI Ruijie, WANG Aidong, WU Huaxing, LI Ziqiu, FENG Xiangqian, HONG Weiyuan, TANG Xuejun, QIN Jinhua, WANG Danying, CHU Guang, ZHANG Yunbo, CHEN Song. Remote Sensing for Rice Growth Stages Monitoring: Research Progress, Bottleneck Problems and Technical Optimization Paths[J]. Smart Agriculture, 2025, 7(3): 89-107.
表1
生育期识别遥感主要设备
设备类型 | 设备名称 | 传感器类型 | 空间分辨率 | 光谱范围 |
---|---|---|---|---|
高空遥感 | Sentinel-2[ | 多光谱传感器 | 10 m | 可见光至短波红外 |
HJ-1A/1B[ | CCD传感器 | 30 m | 可见光至近红外 | |
Landsat 8[ | OLI传感器 | 30 m | 可见光至短波红外 | |
MODIS[ | 成像光谱仪 | 250~1 000 m | 可见光至短波红外 | |
低空遥感 | Parrot Bluegrass[ | 多光谱传感器 | 亚米级 | 可见光至近红外 |
Phantom 4 Pro[ | RGB传感器 | 亚米级 | 可见光 | |
PrecisionHawk Lancaster[ | 多光谱和热成像传感器 | 亚米级 | 近红外波段 | |
Trimble UX5[ | 高光谱传感器 | 亚米级 | 近红外光谱数据 | |
近地设备 | ASD FieldSpec Pro[ | 高光谱传感器 | 点测量 | 350~2 500 nm |
GreenSeeker[ | 多光谱传感器 | 点测量 | 可见光至近红外 | |
CROPSCAN[ | 多光谱传感器 | 点测量 | 可见光至近红外 |
表2
部分遥感反演指标的量化生育期指标
量化指标 | 原理 | 低值期 | 上升期 | 峰值期 | 下降期 | 末期 |
---|---|---|---|---|---|---|
NDVI[ | (1) | 0.1~0.2 | 0.3~0.6 | 0.6~0.8 | 0.5~0.7 | 0.3~0.5 |
EVI[ | (2) | 0.1~0.3 | 0.4~0.7 | 0.7~0.9 | 0.6~0.8 | 0.4~0.6 |
LAI[ | (3) | 0.1~0.5 | 1.0~2.5 | 2.5~4.0 | 3.0~5.0 | 2.0~3.0 |
Biomass[ | 生物量通过干重测量/ (t/ha) | 0.1~0.5 | 1.0~2.0 | 2.0~4.0 | 3.0~6.0 | 5.0~10.0 |
CNC[ | 通过测定植株氮元素含量/% | 2~3 | 3~4 | 2~3 | 1~2 | 1.0~1.5 |
CIred edge[ | (4) | 1~2 | 2~3 | 3~4 | 2~3 | 1~2 |
表3
基于群体指标的水稻不同生育期识别及其效果
群体量化指标 | 可识别生育期以及预测效果(1~5级) |
---|---|
比值植被指数(Ratio Vegetation Index, RVI)[ | 拔节期(4)、孕穗期(3)、抽穗期(2) |
NDVI[ | 分蘖期(3)、拔节期(3)、孕穗期(2)、抽穗扬花期(Heading and flowering stage)(3)、开花期(Flowering Stage)(1)、灌浆期(2) |
EVI[ | 裸土(3)、淹水(4)、营养生长(3)、拔节期(4)、生殖生长(Reproductive Growth)(4)、孕穗期(3)、抽穗期(3)、成熟期(5) |
SAVI[ | 拔节期(5)、孕穗期(3)、抽穗期(3) |
MSAVI [ | 拔节期(4)、孕穗期(4)、抽穗期(4) |
绿色植被指数(Green Vegetation Index, GVI) [ | 拔节期(4)、孕穗期(3)、抽穗期(2) |
光谱反射率(Spectral Reflectance) [ | 分蘖期(5)、拔节孕穗期(5)、抽穗扬花期(3)、灌浆成熟期(5) |
TI[ | 苗期(3)、分蘖期(3)、抽穗期(4)、灌浆期(4)、成熟期(3) |
SAR[ | 早期移栽期(Early Transplanting Stage)(2)、分蘖期(3)、孕穗期(4)、抽穗期(4)、成熟期(3) |
LAI[ | 分蘖期(3)、拔节期(2)、孕穗期(4)、抽穗期(2)、齐穗期(Full Heading Stage)(3)、乳熟期(2) |
AGB[ | 分蘖期-拔节期 (2)、分蘖期-孕穗期(3)、拔节期-孕穗期(2) |
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