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收稿日期:2025-12-05
出版日期:2026-05-22
通信作者:
YIN Qiwei1,2, HE Yan1,2(
), WANG Zongli1, RAO Yuan3
Received:2025-12-05
Online:2026-05-22
Foundation items:国家现代农业产业技术体系项目(CARS-04-PS30); 2026年湖北省自然科学基金(JCZRLH202601007)
About author:尹祈玮,硕士,研究方向为遥感图像处理。E-mail:2694539535@qq.com
YIN Qiwei, E-mail: 2694539535@qq.com
Corresponding author:摘要:
【目的/意义】 单一遥感平台难以兼顾大豆产量估算所需的精细空间细节与区域覆盖广度,为解决无人机观测范围受限,卫星影像又受云污染与重访周期制约的问题,将无人机与Sentinel-2数据进行跨平台融合,建立兼顾精度与尺度的估产方案。 【方法】 以黑龙江尖山农场为试验区,获取2022—2023年大豆全生育期(5—9月)的127景Sentinel-2卫星影像和47景无人机影像。采用萨维茨基-戈莱滤波对两类数据进行半月、月度尺度合成,缓解时相错位与云污染问题;设计三种空间特征融合策略,并与三种改进卷积神经网耦合,在时序多特征数据集上逐次训练、验证。 【结果和讨论】 循环网络融合表现最优:半月至尺度下CNN-LSTM的R2达到0.93;引入空间注意力与门控循环单元后,SA-GRU-CNN模型将R2进一步提升至0.94,且2023年独立验证仍保持0.93,说明结果跨年份稳定。消融实验表明,萨维茨基-戈莱时序重建与GRU时序建模对精度提升贡献最大。 【结论】 无人机-Sentinel-2融合可将区域大豆产量估算精度提升,所提融合策略与网络结构为大面积作物产量监测提供了可复用的技术路径。
中图分类号:
尹祈玮, 贺燕, 王宗莉, 饶元. 基于多源数据融合的大豆产量估测方法研究[J]. 智慧农业(中英文), doi: 10.12133/j.smartag.SA202512004.
YIN Qiwei, HE Yan, WANG Zongli, RAO Yuan. Soybean Yield Estimation Method Based on Multi-Source Data Fusion[J]. Smart Agriculture, doi: 10.12133/j.smartag.SA202512004.
| Band number | Band | Central wavelength/μm | Bandwidth/nm | Spatial resolution/m |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Coastal aerosol | 0.443 | 20 | 60 |
| 2 | Blue | 0.490 | 65 | 10 |
| 3 | Green | 0.560 | 35 | 10 |
| 4 | Red | 0.665 | 30 | 10 |
| 5 | Vegetation red edge | 0.705 | 15 | 20 |
| 6 | Vegetation red edge | 0.740 | 15 | 20 |
| 7 | Vegetation red edge | 0.783 | 20 | 20 |
| 8 | Near Infrared | 0.842 | 115 | 10 |
| 8A | Vegetation red edge | 0.865 | 20 | 20 |
| 9 | Water vapour | 0.945 | 20 | 60 |
| 10 | Short-Wave Infrared -Cirrus | 1.375 | 20 | 60 |
| 11 | SWIR | 1.610 | 90 | 20 |
| Texture feature parameters | Abbreviation | Central band/μm |
|---|---|---|
| Mean texture | Mean | Describe the brightness and darkness of an image |
| Homogeneity texture | Hom | Evaluate the local grayscale uniformity of the image |
| Dissimilarity texture | Dis | Characterize the differences in texture features between pixels |
| Entropy texture | Ent | Indicate the size of the amount of information |
| Second Moment texture | Sm | Describe the uniformity and thickness of texture features |
| Correlation texture | Corr | Predict the main trend of texture |
| Model | MAE/(kg/hm2) | RMSE/(kg/hm2) | MAPE | R 2 |
|---|---|---|---|---|
| CNN-UAV-15 | 22.294 1 | 30.850 5 | 0.106 6 | 0.39 |
| CNN-Sentinel-15 | 26.461 6 | 32.930 7 | 0.111 6 | 0.32 |
| CNN-US-15 | 21.827 5 | 28.974 6 | 0.095 7 | 0.44 |
| CNN-UAV-30 | 24.895 8 | 31.450 9 | 0.105 8 | 0.37 |
| CNN-Sentinel-30 | 27.005 5 | 34.359 5 | 0.120 5 | 0.21 |
| CNN-US-30 | 22.177 5 | 29.737 7 | 0.096 8 | 0.40 |
| Model | MAE/(kg/hm2) | RMSE/(kg/hm2) | MAPE | R 2 |
|---|---|---|---|---|
| CNN-US-15 | 21.827 5 | 28.974 6 | 0.095 7 | 0.44 |
| CNN-TCA-15 | 15.172 2 | 18.633 1 | 0.064 3 | 0.88 |
| CNN-GRU-15 | 12.526 8 | 17.254 5 | 0.055 5 | 0.90 |
| CNN-LSTM-15 | 10.093 1 | 14.137 4 | 0.045 0 | 0.93 |
| CNN-US-30 | 22.177 5 | 29.737 7 | 0.096 8 | 0.40 |
| CNN-TCA-30 | 21.568 8 | 27.953 3 | 0.092 6 | 0.71 |
| CNN-GRU-30 | 19.322 2 | 26.188 7 | 0.083 2 | 0.79 |
| CNN-LSTM-30 | 18.030 7 | 25.131 2 | 0.080 7 | 0.80 |
| Model | MAE/(kg/hm2) | RMSE/(kg/hm2) | MAPE | R 2 |
|---|---|---|---|---|
| SVM-US-CNN | 42.304 6 | 55.776 7 | 0.191 5 | 0.38 |
| SVM-TCA-CNN | 35.184 3 | 45.623 3 | 0.168 3 | 0.66 |
| SVM-GRU-CNN | 31.577 1 | 38.886 2 | 0.153 2 | 0.73 |
| SVM-LSTM-CNN | 26.336 9 | 32.266 6 | 0.132 6 | 0.80 |
| SA-US-CNN | 10.730 5 | 14.740 8 | 0.050 4 | 0.85 |
| SA-TCA-CNN | 9.488 0 | 13.941 9 | 0.048 9 | 0.87 |
| SA-GRU-CNN | 8.403 8 | 12.283 8 | 0.037 8 | 0.94 |
| SA-LSTM-CNN | 10.219 8 | 14.569 3 | 0.0454 | 0.91 |
| SE-US-CNN | 14.983 6 | 12.230 6 | 0.104 2 | 0.70 |
| SE-TCA-CNN | 11.693 5 | 13.983 2 | 0.0963 | 0.71 |
| SE-GRU-CNN | 11.707 1 | 12.191 7 | 0.053 0 | 0.90 |
| SE-LSTM-CNN | 8.520 9 | 12.609 2 | 0.036 8 | 0.92 |
| Model | MAE/(kg/hm2) | RMSE/(kg/hm2) | MAPE | R 2 |
|---|---|---|---|---|
| SVM-US-CNN | 48.918 5 | 58.501 2 | 0.211 0 | 0.25 |
| SVM-TCA-CNN | 45.172 2 | 56.643 1 | 0.189 9 | 0.58 |
| SVM-GRU-CNN | 41.448 2 | 55.486 7 | 0.173 6 | 0.69 |
| SVM-LSTM-CNN | 28.893 5 | 36.069 6 | 0.152 6 | 0.79 |
| SA-US-CNN | 10.524 5 | 14.188 6 | 0.048 1 | 0.83 |
| SA-TCA-CNN | 7.777 5 | 10.654 0 | 0.035 5 | 0.86 |
| SA-GRU-CNN | 12.201 6 | 17.046 4 | 0.052 0 | 0.91 |
| SA-LSTM-CNN | 12.183 3 | 17.698 3 | 0.052 4 | 0.90 |
| SE-US-CNN | 14.974 6 | 32.250 4 | 0.108 2 | 0.66 |
| SE-TCA-CNN | 11.568 8 | 25.953 3 | 0.083 2 | 0.71 |
| SE-GRU-CNN | 17.902 1 | 25.219 7 | 0.076 3 | 0.78 |
| SE-LSTM-CNN | 14.953 4 | 20.938 2 | 0.063 8 | 0.85 |
| Model | MAE//(kg/hm2) | RMSE/(kg/hm2) | MAPE | R 2 |
|---|---|---|---|---|
| SVM-US-CNN | 43.456 2 | 55.967 5 | 0.196 6 | 0.37 |
| SVM-TCA-CNN | 34.683 2 | 44.326 8 | 0.153 4 | 0.67 |
| SVM-GRU-CNN | 31.867 4 | 39.326 5 | 0.157 6 | 0.72 |
| SVM-LSTM-CNN | 26.635 9 | 31.324 4 | 0.113 5 | 0.81 |
| SA-US-CNN | 15.786 5 | 14.964 2 | 0.056 8 | 0.84 |
| SA-TCA-CNN | 9.569 0 | 13.082 6 | 0.040 9 | 0.86 |
| SA-GRU-CNN | 8.253 8 | 9.603 9 | 0.036 5 | 0.93 |
| SA-LSTM-CNN | 16.326 5 | 15.834 5 | 0.073 2 | 0.82 |
| SE-US-CNN | 14.504 9 | 12.130 9 | 0.103 3 | 0.71 |
| SE-TCA-CNN | 10.236 9 | 12.026 0 | 0.086 3 | 0.73 |
| SE-GRU-CNN | 8.962 3 | 11.160 2 | 0.070 9 | 0.79 |
| SE-LSTM-CNN | 8.054 2 | 9.863 4 | 0.059 6 | 0.91 |
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