
Research Progress on Winter Wheat Growth Period Recognition Methods
WANGMiaomiao, WANGBeibei, LIMingfang, ZHANGZhihong, YANXue
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (1) : 1-7.
Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
Research Progress on Winter Wheat Growth Period Recognition Methods
China is a major agricultural country. With the rapid development of agricultural science and technology, agriculture has entered a new stage of development with high yield, high quality, and high efficiency. Achieving automation and intelligent observation of crop growth period recognition is a crucial part of agricultural modernization. This paper introduced the current research status of crop growth period recognition and presented two methods for automatic observation and identification of winter wheat growth period, one based on the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the other based on deep learning. Using winter wheat in Henan as an example, the results of automatic observation and identification from both methods were compared with manual observations. The results validated the feasibility and effectiveness of both identification methods, showing high accuracy and efficiency, thereby improving measurement efficiency and reliability. In terms of identification accuracy, the two methods had their own strengths at different growth periods and could complement each other. The deep learning-based identification method demonstrated better generalizability compared to the NDVI-based method. However, both methods required optimization and upgrading in the future to further enhance identification accuracy.
winter wheat / growth period / image recognition / normalized differential vegetation index (NDVI) / deep learning
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邱璟怡, 郭建茂, 周文艳, 等. 引入作物发育期的陆面模式改进研究[J]. 浙江农业科学, 2023, 64(1):92-98.
为使陆面模式具有普适性,人们通常在设计时对植被进行简化,使模拟的结果可被接受,但也导致了模拟精度的明显不足。本文将陆面模式BCC_AVIM中设定的一种抽象庄稼“crop”改为小麦、玉米2种具体的作物;引入作物发育期,使作物根据积温随发育期动态生长;将原本统一的crop分配系数,依据实际观测资料改进为依据发育期阶段变化的分配系数,从而实现在研究区内对具体作物的区分模拟。结果表明,在BCC_AVIM中引入具体作物发育期并随发育期动态变化的分配系数后,在东北研究区内对叶面积指数有较好的模拟效果;在华北研究区内,因受其他因素限制,叶面积指数虽仍未能表现出明显的双峰特点,但在春季快速生长、订正过大的南北差异、总净初级生产力及根、茎、叶的生物量模拟结果等方面表现出了较好的改进效果,且对温度变化产生了符合实际的反馈。未来仍需要继续深入研究、分析和改进,从而更好地模拟陆面模式BCC_AVIM中的作物生长过程。
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孙景兰, 张志红, 余卫东, 等. 中国农业气象观测自动化技术研究进展[J]. 气象科技进展, 2022, 12(4):7-13.
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康晓凤, 邬定荣, 田琪, 等. 玉米发育期模式在我国主要产区的适用性比较研究[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2022, 30(9):1477-1489.
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崔佳龙, 任景全, 穆佳, 等. 吉林省玉米干旱时空变化特征研究[J]. 气象灾害防御, 2022, 29(1):27-32.
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陈斌源, 纪立恒, 邓晓璐. 农业气象自动观测采集系统对现代农业气象观测的作用[J]. 福建热作科技, 2018, 43(1):64-66.
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陆明, 申双和, 王春艳, 等. 基于图像识别技术的夏玉米生育期识别方法初探[J]. 中国农业气象, 2011, 32(3):423-429.
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孔令寅, 延昊, 鲍艳松, 等. 基于关键发育期的冬小麦长势遥感监测方法[J]. 中国农业气象, 2012, 33(3):424-430.
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吴茜. 基于图像处理技术的棉花发育期自动观测研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2013.
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余正泓. 基于图像的玉米发育期自动观测技术研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2014.
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白晓东. 基于图像的水稻关键发育期自动观测技术研究[D]. 华中科技大学, 2015.
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刘永娟. 基于计算机视觉技术的玉米发育期识别研究[D]. 无锡: 江南大学, 2018.
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赵明霞. 基于计算机视觉技术的夏玉米生育期识别[D]. 太原: 山西农业大学, 2022.
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樊闯, 赵子皓, 张雪松, 等. 基于BP神经网络的一季稻发育期预测模型[J]. 浙江农业学报, 2023, 35(2):434-444.
为探究基于BP神经网络原理开展作物发育期预测的适用性,利用长江中下游地区一季稻多年常规气象观测和农作物发育期观测资料,开展模拟研究。结果表明,只考虑温度的有效积温模型,各物候期模拟值与观测值相关性较好,相关系数(r)在0.75以上,但模拟的绝对误差较大,移栽、拔节、成熟期模拟的平均绝对误差(MAE)超过5 d。进一步以有效积温模型为基础,分别引入降水量、相对湿度、日照时数,构建温度(T)模型、温度-降水(T-P)模型、温度-相对湿度(T-RH)模型和温度-日照时数(T-S)模型,经过BP神经网络训练后,4种模型在农作物不同发育阶段的模拟评价指标均得到明显改善,并以T-RH模型最优。对中间层节点数和训练次数2项参数进行优化后的T-RH模型,对各发育阶段模拟结果的均方根误差为0.3~1.2 d,MAE小于1 d,r值均超过0.96,且达到极显著(P<0.01)水平。
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王展. 河南省主要作物生育期模拟研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2012.
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崔凯, 蒙继华, 左廷英, 等. 遥感作物物候监测方法研究[J]. 安徽农业科学, 2012, 40(10):6279-6281.
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孔令寅. 冬小麦关键生长发育期遥感提取及其在长势监测和作物估产中的应用研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2012.
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张志红, 史桂芬, 李书岭. 冬小麦-夏玉米农业气象自动化观测技术评估[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(3):224-229.
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崔婷, 张智韬, 崔晨风, 等. 冬小麦归一化植被指数日变化规律及拟合模型研究[J]. 节水灌溉, 2018(12):97-103.
为探究冬小麦归一化植被指数(NDVI)主要生育期内的日变化规律,分别在冬小麦返青期、拔节期和抽穗期,利用Greenseeker手持式光谱仪每日以小时为单位获取冠层NDVI值,各生育期内连续测量7天,分析冬小麦冠层NDVI在三个生育期的日变化规律,并采用二次多项式、Gauss和Sine等函数对归一化处理后的NDVI日变化过程进行拟合。结果表明,冬小麦冠层NDVI在三个生育期有明显的日变化规律,其变化趋势近似一条反向抛物线;三种模型均能较好地对NDVI日变化曲线进行拟合,且在拔节期拟合效果最好;二次多项式模型的预测精度最高,三个生育期内其相应的决定系数(R2)分别为0.744、0.923和0.681,均方根误差(RMSE)分别为0.212、0.213和0.187,平均绝对误差(MAE)分别为0.165、0.162和0.142,Gauss和Sine函数拟合效果基本无差别;二次多项式模型作为描述NDVI日变化过程的首选模型。本研究可为今后建立冬小麦NDVI日变化模型提供参考。
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