WIRIS Agro作物水分胁迫成像监测系统

正文作物水分胁迫指数(CWSI)是1981年发展起来的一项标准化指标,用以量化胁迫,克服其他环境参数对胁迫与植物温度关系的影响,该指数对植物生理生态研究意义非凡。

正文WIRIS Agro相机是由Workswell公司长期与中欧领先的生命科学研究机构:作物研究所和捷克布拉格生命科学大学合作开发的一款专用于精准农业领域测量大面积水胁迫的专利产品。该相机由LWIR长波红外传感器(640×512)和10倍光学变焦RGB镜头(1920×1080)组成。该相机可直接测量得到作物水分胁迫指数图及高清RGB图,通过这些信息可用于确定产量分布、优化灌溉或控制水管理等补救措施,也可实时测量温度并通过软件将CWSI图像转换为可视化温度图像,为精准农业研究提供非常重要的技术支撑,革新了农业和生命科学研究手段。

正文在旱季,人们通常感兴趣的是干旱对作物的实际影响。该影响不仅取决于气候条件,而且还取决于地下水干旱、植物根系大小等。用CWSI相机测量植物的水分胁迫可帮助我们快速确定干旱对作物的真实影响。CWSI Analyzer软件与CWSI相机密切配合,能在很短的时间内从海量图像生成潜在的产量图。使用无人机平台搭载CWSI相机,即可获得飞行过程中作物水分胁迫的实际值,或使用收集到的数据创建概览地图。通过对比不同年份不同水分胁迫下的产量,可绘制当前水分胁迫下潜在产量图。

一、主要应用

  • 水状况监测-监测水分胁迫:

作物在生长季节的缺水状况。无论作物是否灌溉。特殊彩色地图“Crop”和“CropStep”可用。

  • 灌溉管理:

灌溉系统优化既包括确定合适的土壤传感器位置,也包括结构优化。特殊彩色地图“Water”和“WaterStep”可用。

  • 表型研究:

不同的植物品种对可用水量敏感程度。CWSI相机将帮助您确定与其他物种的植物相比,特定物种的植物处于水胁迫的频率。

  • 生物量覆盖指数:

实时计算大田植物百分比。

  • 基于温度和CWSI测量的其他应用:

土壤水分监测保墒、精准农业、智慧农业、森林资源管理等。

二、技术参数

Agro相机主要功能描述
CWSI机上实时处理 机上实时评估作物水分胁迫指数,最大、最小、中心点温度测量
机载操作系统 WIRIS OS操作系统,用于在飞行过程中进行实时数据流传输和评估

——确保相机全部功能可用

——易于通过S.Bus、CAN bus、MavLink、RJ-45或触发器控制

生物量覆盖指数(%) RGB图中实时计算植被定量百分比
Agro相机规格
传感器分辨率 640×512像素
CWSI实时评估 Agro相机技术基于作物水分胁迫指数(归一化值为0到1),提供了关于大面积作物胁迫和作物水分管理的信息。这些信息可用于确定产量图、管理灌溉或执行与水管理有关的补救措施。
温度敏感度 0.03℃(30mK)
视场角 45°(13mm)
CWSI彩色地图 提供4种彩色地图,用于CWSI和水管理评估
数码可见光相机
分辨率 1920×1080像素(全高清画质),1/3″传感器,自动白平衡,宽动态范围,背光补偿,曝光和Gamma控制,3D降噪功能
光学变焦 10倍光学减震变焦
视场角 超变焦6.9°-超宽58.2°,焦距33.0mm-3.3mm
生物量覆盖指数 调用阈值函数实时计算指数
聚焦 自动对焦与直接变焦同步
存储和数据记录
存储 内置128GB高速SSD,用于存储影像和视频记录

外部卡槽为微型SD卡和U盘,用于存储影像

影像和视频格式 CWSI JPEG、TIFF和全高清画质数码JPEG影像

数码相机h.264编码高清视频

全帧CWSI视频(原始数据记录)

接口&实时远程控制
10-pin数字端口 S.BUS、CAN bus、MavLink、外部GPS连接、外部触发
以太网(RJ-45)端口 视频流媒体和相机控制(有特殊需求时可选)
微型USB2.0端口 大容量存储

相机控制和视频流(有特殊需求时可选)

USB 2.0端口 连接键盘用于室内相机控制
远程控制系统 CWSI OS确保飞行过程中实时控制相机所有功能
镜头保护滤波片 滤光片在飞行过程中保护镜头不受外部损伤
相机功能 测量功能:

——CWSI在线评估,包含4种不同彩图

——CWSI单点评估(中心),基于温度信息

——生物量指数实时百分比评估

——实时温度测量(最大、最小、中心点)

定时拍摄:

——同步拍摄CWSI图像,CWSI视频和可见光图像

相机可视化模式 画中画模式、全屏RGB分割模式、双屏显示
软件&SDK
桌面软件 先进的CWSI数据评估软件,可将CWSI图像转换为温度图像
电源,重量&尺寸
输入电压 9-36V DC, 同轴2×6.4mm,外壳-GND,平均功耗12W
重量 <430g
尺寸(长×宽×高) 83mm×85mm×68mm
安装 2×1/4-20UNC螺孔(1个位于底部,1个位于顶部)
外壳材质 经久耐用的铝制机身,长期测量稳定可靠

三、应用案例

(1)作物干旱的实际影响研究

正文在旱季,人们通常感兴趣的是干旱对作物的实际影响。这些影响不仅取决于所谓的气候干旱条件,而且还取决于地下水干旱、植物根系的大小等。利用WIRIS Agro测量植物的水分胁迫将有助于用户确定干旱对作物的实际影响,如下图所示,田间作物CWSI值普遍在0.5一下,说明整体干旱程度较低。

(2)生物量覆盖指数计算

正文BCI(生物量覆盖指数)与RGB场景中植被数量的评价有关。基于RGB相机的可见光数据,对包含绿色植被的地面进行评估,并将这些区域与RGB图像中被白色掩盖的其他(非植被)区域的百分比进行比较。BCI可由用户通过简单的阈值调整,植物百分比实时测量显示,如下图所示甘蓝占比为65%。

正文易科泰公司凭借多年在农业、林业、生态环境领域仪器技术研发集成及推广经验,结合Agro成像仪的优势特点,率先将该相机引入EcoDrone专业无人机遥感平台和陆基水分胁迫测量监测平台,通过选配多光谱、高光谱及叶绿素荧光成像技术,并配合土壤水分、空气温湿度、茎流等监测网络,组成完整的陆空双基作物数字化系统,为大田作物及森林植被水分胁迫监测、作物产量预估、表型研究及指导灌溉方面,提供方便、快速、一体化的解决方案。