Estimación de biomasa aérea de cacahuate de alto rendimiento con características espectrales–texturales optimizadas a partir de imágenes multiespectrales de vehículos aéreos no tripulados

Liya HU ,  

Bo BAI ,  

Juntao YANG ,  

Mingxuan SONG ,  

Youwei LI ,  

Dandan LIU ,  

Zhenhai LI ,  

Yirou LIU ,  

Guowei LI ,  

Abstract

La estimación precisa y eficiente de la biomasa aérea (AGB) es importante para el fenotipado de cacahuate y la gestión de campo. Este estudio evalúa características espectrales y texturales derivadas de imágenes multiespectrales obtenidas por vehículos aéreos no tripulados (UAV) para la estimación no destructiva y de alto rendimiento de AGB de cacahuate. Los índices de vegetación (VIs) y las características texturales de la matriz de co-ocurrencia del nivel de gris (GLCM) (TFs) se derivan de las bandas verde, roja, borde rojo y el cercano infrarrojo y se evalúan mediante seis modelos de regresión. Los resultados revelan que las TFs del cercano infrarrojo presentan la mayor sensibilidad a AGB. Entre las configuraciones de GLCM, una configuración con tamaño de ventana 7×7, orientación 45° y 16 niveles de gris produce la representación textural más estable. Aunque la combinación de todos los VIs y TFs mejora ligeramente la precisión de la predicción, las diferencias relativamente grandes entre el coeficiente de determinación (<inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"><msup><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M001.jpg"/></graphic><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M001c.jpg"/></graphic></alternatives></inline-formula>) y el <inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"><msup><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M001.jpg"/></graphic><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M001c.jpg"/></graphic></alternatives></inline-formula> ajustado en algunos modelos sugieren que el conjunto completo de características contiene predictores redundantes y tiene parquedad limitada del modelo. Por lo tanto, se utiliza una estrategia de selección de características basada en XGBoost (Extreme Gradient Boosting) y las explicaciones aditivas de Shapley (SHAP) para identificar cinco variables clave: índice de diferencia de vegetación (DVI), varianza, media, energía e índice modificado de vegetación ajustado al suelo (MSAVI). Este conjunto compacto de características reduce sustancialmente la dimensionalidad de los predictores, limita las diferencias entre el (<inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"><msup><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M003.jpg"/></graphic><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M003c.jpg"/></graphic></alternatives></inline-formula>) y el <inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M4"><msup><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M004.jpg"/></graphic><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M004c.jpg"/></graphic></alternatives></inline-formula> ajustado a menos de 0.020, y logra una precisión predictiva coherente, con un (<inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M5"><msup><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M004.jpg"/></graphic><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M004c.jpg"/></graphic></alternatives></inline-formula>) superior a 0.840 y el error cuadrático medio ( <inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M6"><mi mathvariant="normal">R</mi><mi mathvariant="normal">M</mi><mi mathvariant="normal">S</mi><mi mathvariant="normal">E</mi></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M006.jpg"/></graphic><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D3DABA79-ACE0-492f-BA63-A164A6A969B1-M006c.jpg"/></graphic></alternatives></inline-formula>) por debajo de 0.055 kg/m2. El enfoque propuesto proporciona una herramienta práctica para la monitorización de biomasa de cacahuate de alto rendimiento, fenotipado y gestión de producción.

Keywords

Monitorización de alto rendimiento;Sensado remoto por vehículo aéreo no tripulado (UAV);Cacahuate;Biomasa aérea;Características texturales (TFs)

READ MORE

以上内容由讯飞翻译自动生成,翻译内容仅供参考。对于因使用本网站翻译内容产生的相关后果,本网站不承担任何商业和法律责任。

The above content is generated by Large Model Translation. The translated content is for reference only. We do not assume any commercial or legal responsibilty for any consequences arising from the use of our website