使用 ENVI 作物科学平台实现精准农业解决方案
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使用 ENVI 作物科学平台实现精准农业解决方案
匿名作者 2017年6月28日 星期三
农民和农业服务需要及时、准确的数据来做出决策。这些决策包括何时种植和收获作物、农田灌溉频率以及化肥和农药的施用量。为了进行最准确的评估，农民需要多种数据，包括土壤湿度、天气、氮含量、叶面积指数等。其中大部分数据需要通过定期的田间实地测量来获取。
图片来源：Martina Nolte，许可协议：http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/legalcode
当无法进行大规模的实地研究时，可以利用卫星和航空遥感来监测作物的健康状况和生长过程。遥感分析工具可用于提醒农民农田中可能存在的问题，例如病虫害、干旱、灌溉泄漏以及可能导致施肥不均的设备故障。它们还可以通过减少定期人工田间评估的需求，帮助提高耕作效率。
全新的 ENVI® Crop Science 平台为精准农业和农艺学提供了遥感分析功能。本文将通过实例展示 ENVI Crop Science 如何帮助解决与作物管理相关的问题。
佛罗里达州甘蔗田的多光谱影像。 此影像包含 2016 年修改过的哥白尼哨兵数据。 影像可从美国地质调查局 EarthExplorer 网站获取。
ENVI Crop Science 主要设计供农艺师和咨询服务使用。农艺师是研究植物健康、灌溉、土壤和病虫害防治等相关环境变量的科学家。咨询服务是指受农民信任的个人或公司，他们就作物管理的最佳实践向农民提供建议。他们了解当地情况，熟悉特定农场的生产历史和以往问题。例如，负责检查农田并就作物健康状况向农民提供建议的作物巡查员，以及销售化肥、种子和病虫害防治化学品的供应商公司。以下是他们可能遇到的一些场景和问题，以及 ENVI Crop Science 如何提供帮助。
我的果园里开始出现果实黄化病的影响。为了估算作物损失，我需要知道每棵树的树冠大小和树木数量。这将帮助我估算产量预测，并为保险索赔提交提供依据。
有工具可用于统计单个作物并评估其状况。如果您能获取高分辨率卫星或无人机影像，可以使用 作物计数(Crop Count) 工具来定位并记录单个作物的尺寸。您可以将这些数据保存为 shapefile 或 JSON 格式的文本文件。然后使用 作物度量(Crop Metrics) 或 带光谱指数的作物度量(Crop Metrics with Spectral Index) 工具，根据光谱指数或其他衍生产品计算作物的基本统计信息。下图显示了使用 带光谱指数的作物度量(Crop Metrics with Spectral Index) 工具计算柑橘树平均重归一化植被指数 (RDVI) 的结果。RDVI 用于评估树木的相对健康状况。
使用 作物度量(Crop Metrics) 工具评估柑橘树相对健康状况的示例。资料来源： 高分辨率正射影像（四波段），由美国地质调查局提供。*
我的农田中哪些区域的健康状况随时间改善，哪些区域需要关注？
热点分析(Hotspot Analysis) 工具可以帮助您在卫星或航空影像中寻找与图像其余部分存在相对差异的区域。这种差异可能体现在作物健康状况、土壤湿度含量或其他可用的衍生影像方面。
下面的示例显示了一周内，一个圆形灌溉农田中揭示作物健康状况相对差异的热点图像。作物健康状况可以使用 ENVI 的任何宽波段植被指数来推断。此示例显示了基于修正三角植被指数 (MTVI) 的相对作物健康状况模式：
显示圆形灌溉农田中作物健康状况相对差异的热点图像。资料来源：PlanetScope 4波段分析正射校正影像（3米像素大小），由 Planet Labs, Inc. 提供。
热点图像不提供作物健康状况的实际测量值，而是提供相对差异的快速概览。红色像素表示低光谱指数值具有更强的统计聚类。绿色像素表示高光谱指数值（称为热点）具有更强的聚类。黄色像素表示没有显著聚类的区域。
我如何创建结果的专题图展示？
ENVI 提供了多种工具来帮助您创建作物计数、作物度量和热点分析结果的专题图展示。您可以根据需要添加网格线、分类图例、色阶条、比例尺和文本注释来创建地图。
然后，您可以将地图视图（包括影像和注释）以任意指定的打印分辨率导出为 ENVI 或 TIFF 图像文件。这对于创建一次性演示文稿是一个不错的选择。对于大规模生产，可以使用 Crop Science API 和 Geospatial Services Framework (GSF) 在云中自动化处理流程。
我订阅了可用的新卫星影像。我可以在批处理环境中从这些影像创建衍生产品吗？
所有 ENVI Crop Science 工具都作为 API 例程提供，因此您可以编写 IDL 脚本来处理新影像，并在桌面环境中编写自定义任务或工作流。如果您想在 GSF 企业环境中运行 ENVI Crop Science 分析，也提供了 ENVITasks。
总之，ENVI Crop Science 工具可以单独使用，也可以与现有的 ENVI 工具（如分类、时空分析和光谱指数）结合使用。将这些工具与 GSF 结合使用，可以帮助您节省时间。无需扫描数十张影像来寻找问题区域，您可以自动生成报告，指出需要您重点关注的具体区域。
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