Pix4Dfields后處理軟件 多光譜數據應用案例

農業(yè)助力甘蔗催熟劑使用成本降低20%，產(chǎn)量預測準確度達93%。

Trinoo是一家從事無(wú)人機農藥噴灑的農業(yè)公司，從2018年開(kāi)始，已有兩年的甘蔗種植無(wú)人機噴灑應用研究經(jīng)驗。公司位于哥倫比亞大的甘蔗產(chǎn)區——考卡山谷省。此地區有14家蔗糖廠(chǎng)，平均每年要收割240,000公頃甘蔗。
減少甘蔗催熟劑用量，預測作物產(chǎn)量
哥倫比亞主要的蔗糖廠(chǎng)之一希望提高甘蔗成熟效率，并更加準確地預測每公頃甘蔗地的噸產(chǎn)量。他們決定與Trinoo公司合作，并制定了一項研究協(xié)議，內容包括：

制定圖像采集和后處理技術(shù)

根據作物生長(cháng)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

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

△ 用于數據采集的Parrot Bluegrass無(wú)人機（左）和用于農藥噴灑的大疆Agras MG-1P無(wú)人機

利用無(wú)人機和處方圖噴灑催熟劑

催熟過(guò)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(guò)去通常采用統一劑量進(jìn)行噴灑，而不考慮土壤條件、降水量和農藝措施會(huì )導致每片甘蔗地的長(cháng)勢不同。此外，目前采用的標準方法是從甘蔗地取樣后在實(shí)驗室進(jìn)行分析，在此過(guò)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
在結合農業(yè)技術(shù)后，催熟過(guò)程可以利用噴灑無(wú)人機進(jìn)行變量施藥，根據作物的生長(cháng)階段決定藥物噴灑量。Trinoo公司提議使用無(wú)人機和多光譜相機采集圖像，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)量預測算法

Trinoo利用客戶(hù)的蔗糖廠(chǎng)收割隊推薦的植被指數和其他變量為本項目開(kāi)發(fā)了一個(gè)計算每公頃甘蔗噸產(chǎn)量的算法。開(kāi)發(fā)此預測算法的步是在Pix4Dfields中生成植被指數。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指數圖是建立甘蔗產(chǎn)量預測算法的起點(diǎn)


項目成果

催熟劑成本降低20%

通過(guò)使用農業(yè)方法和噴灑無(wú)人機，Trinoo根據此研究項目開(kāi)發(fā)的新服務(wù)為甘蔗種植戶(hù)帶來(lái)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(zhù)為我們的客戶(hù)每年節省了約20萬(wàn)美元。對于考卡山谷省的14家蔗糖廠(chǎng)所代表的整個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，此服務(wù)可幫助其每年節省80萬(wàn)至100萬(wàn)美元。"

△Trinoo團隊根據處方圖上識別的位置和用量使用無(wú)人機施用催熟劑

甘蔗產(chǎn)量預測準確度達93%

在對每公頃甘蔗噸產(chǎn)量的預測方面，Trinoo的精度達到了93%。Felipe總結道：“我們可多提前120天預測即將收割的甘蔗噸數，此預測信息可以改善各公司的現金流預測、工廠(chǎng)規劃及每家蔗糖廠(chǎng)的銷(xiāo)售預測。這終將會(huì )在勞動(dòng)力需求規劃和營(yíng)銷(xiāo)規劃方面節省大量資金。"
Pix4Dfields的優(yōu)勢在此次研究中，Trinoo用Pix4Dfields處理了26個(gè)項目，總共30000張圖像。他們發(fā)現此軟件具有以下優(yōu)勢:

此軟件高度易用，功能直觀(guān)，對于使用者來(lái)說(shuō)不需要花費太多的學(xué)習時(shí)間。

對硬件計算能力要求低，可以在只有4 GB 內存的計算機上以可接受的圖像處理速度運行該軟件。

易于導出報告、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，能夠進(jìn)行多種組合分析。

通過(guò)對比試用市面上的其他軟件并基于文獻綜述，Trinoo團隊發(fā)現Pix4Dfields具有非常高的性?xún)r(jià)比，且對于非GIS研究人員來(lái)說(shuō)更加容易使用。