深度學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)應(yīng)用，識(shí)別麥田倒伏面積

在小麥揚(yáng)花灌漿期，土壤中的養(yǎng)分供應(yīng)非常重要。因此，及時(shí)施肥是保證小麥生長(zhǎng)的關(guān)鍵。一般來說，施肥時(shí)間應(yīng)該在小麥揚(yáng)花開始期時(shí)進(jìn)行。一般選擇氮、磷、鉀等多種元素的肥料進(jìn)行施用，以保證小麥的健康生長(zhǎng)。

小麥揚(yáng)花灌漿期對(duì)水分的需求量非常大，但是過量的灌溉也容易導(dǎo)致小麥發(fā)生根腐病或者其他水害。因此，在小麥揚(yáng)花灌漿期，適當(dāng)控制水分非常重要。一般來說，在小麥揚(yáng)花灌漿期，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，靈活掌握灌溉的時(shí)間和量，以保證小麥的生長(zhǎng)和發(fā)育。

利用低空無人機(jī)技術(shù)，并結(jié)合深度學(xué)習(xí)語義分割模型精準(zhǔn)提取作物倒伏區(qū)域是一種高效的倒伏災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段。在實(shí)際應(yīng)用中，受田間各種客觀條件(不同無人機(jī)飛行高度低于120m、多個(gè)研究區(qū)、關(guān)鍵生育期不同天氣狀況等)限制，無人機(jī)獲取的圖像數(shù)量仍偏少，難以滿足高精度深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練的要求。

安徽大學(xué)農(nóng)業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心與西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院、宿州學(xué)院信息工程學(xué)院，組成了胡根生教授團(tuán)隊(duì)展開了研究，旨在探索一種在作物生育期和研究區(qū)有限的情況下精準(zhǔn)提取倒伏面積的方法。

以健康/倒伏小麥為研究對(duì)象，在其灌漿期和成熟期開展麥田圖像采集工作。設(shè)置2個(gè)飛行高度(40和80m)，采集并拼接獲取2019、2020、2021和2023年份3個(gè)研究區(qū)的數(shù)字正射影像圖;在Swin-Transformer深度學(xué)習(xí)語義分割框架基礎(chǔ)上，分別使用40m訓(xùn)練集單獨(dú)訓(xùn)練、40和80m訓(xùn)練集混合訓(xùn)練、40m訓(xùn)練集預(yù)訓(xùn)練80m訓(xùn)練集遷移學(xué)習(xí)等3種訓(xùn)練方法，獲得對(duì)照模型、混合訓(xùn)練模型和遷移學(xué)習(xí)模型;采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)比較上述3種模型分割80m高度預(yù)測(cè)集圖像的精度并評(píng)估模型性能。

遷移學(xué)習(xí)模型倒伏面積提取精度最高，交并比、正確率、精確率、召回率和F1-Score共5個(gè)指標(biāo)平均數(shù)分別為85.37%、94.98%、91.30%、92.52%和91.84%，高于對(duì)照組模型1.08%~3.19%，平均加權(quán)幀率達(dá)到738.35fps/m2，高于40m圖像183.12fps/m2。

利用低飛行高度(40m)預(yù)訓(xùn)練語義分割模型，在較高飛行高度(80m)空?qǐng)D像做遷移學(xué)習(xí)的方法提取倒伏小麥面積是可行的，這為解決空域飛行高度限制下，較少80m及以上圖像數(shù)據(jù)集無法滿足語義分割模型訓(xùn)練的要求的問題，提供了一種有效的方法。

審核編輯 黃宇