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作物水分脅迫指數(shù)(CWSI)是1981年發(fā)展起來的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)，用以量化脅迫，克服其他環(huán)境參數(shù)對脅迫與植物溫度關(guān)系的影響，該指數(shù)對植物生理生態(tài)研究意義非凡。
WIRIS Agro相機(jī)是由Workswell公司長期與中歐**的生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu):作物研究所和捷克布拉格生命科學(xué)大學(xué)合作開發(fā)的一款專用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域測量大面積水脅迫的**產(chǎn)品。該相機(jī)由LWIR長波紅外傳感器(640×512)和10倍光學(xué)變焦RGB鏡頭（1920×1080）組成。該相機(jī)可直接測量得到作物水分脅迫指數(shù)圖及高清RGB圖，通過這些信息可用于確定產(chǎn)量分布、優(yōu)化灌溉或控制水管理等補(bǔ)救措施，也可實(shí)時(shí)測量溫度并通過軟件將CWSI圖像轉(zhuǎn)換為可視化溫度圖像，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究提供非常重要的技術(shù)支撐，革新了農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)研究手段。
在旱季，人們通常感興趣的是干旱對作物的實(shí)際影響。該影響不僅取決于氣候條件，而且還取決于地下水干旱、植物根系大小等。用CWSI相機(jī)測量植物的水分脅迫可幫助我們快速確定干旱對作物的真實(shí)影響。CWSI Analyzer軟件與CWSI相機(jī)密切配合，能在很短的時(shí)間內(nèi)從海量圖像生成潛在的產(chǎn)量圖。使用無人機(jī)平臺搭載CWSI相機(jī)，即可獲得飛行過程中作物水分脅迫的實(shí)際值，或使用收集到的數(shù)據(jù)創(chuàng)建概覽地圖。通過對比不同年份不同水分脅迫下的產(chǎn)量，可繪制當(dāng)前水分脅迫下潛在產(chǎn)量圖。
一、主要應(yīng)用
l 水狀況監(jiān)測-監(jiān)測水分脅迫：
作物在生長季節(jié)的缺水狀況。無論作物是否灌溉。特殊彩色地圖“Crop”和“CropStep”可用。
l 灌溉管理：
灌溉系統(tǒng)優(yōu)化既包括確定合適的土壤傳感器位置，也包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化。特殊彩色地圖“Water”和“WaterStep”可用。
l 表型研究：
不同的植物品種對可用水量敏感程度。CWSI相機(jī)將幫助您確定與其他物種的植物相比，特定物種的植物處于水脅迫的頻率。
l 生物量覆蓋指數(shù)：
實(shí)時(shí)計(jì)算大田植物百分比。
l 基于溫度和CWSI測量的其他應(yīng)用：
土壤水分監(jiān)測保墑、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、森林資源管理等。
二、技術(shù)參數(shù)
Agro相機(jī)主要功能描述 | |
CWSI機(jī)上實(shí)時(shí)處理 | 機(jī)上實(shí)時(shí)評估作物水分脅迫指數(shù)，**、*小、中心點(diǎn)溫度測量 |
機(jī)載操作系統(tǒng) | WIRIS OS操作系統(tǒng)，用于在飛行過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸和評估 ——確保相機(jī)全部功能可用 ——易于通過S.Bus、CAN bus、MavLink、RJ-45或觸發(fā)器控制 |
生物量覆蓋指數(shù)（%） | RGB圖中實(shí)時(shí)計(jì)算植被定量百分比 |
Agro相機(jī)規(guī)格 | |
傳感器分辨率 | 640×512像素 |
CWSI實(shí)時(shí)評估 | Agro相機(jī)技術(shù)基于作物水分脅迫指數(shù)(歸一化值為0到1)，提供了關(guān)于大面積作物脅迫和作物水分管理的信息。這些信息可用于確定產(chǎn)量圖、管理灌溉或執(zhí)行與水管理有關(guān)的補(bǔ)救措施。 |
FPA傳感器尺寸 | 1.088×0.8705cm |
傳感器類型 | LWIR長波紅外傳感器 |
CWSI評估范圍 | 0-100%（100%表示嚴(yán)重受迫） |
溫度敏感度 | 0.03℃（30mK） |
視場角 | 45°（13mm） |
CWSI彩色地圖 | 提供4種彩色地圖，用于CWSI和水管理評估 |
CWSI范圍設(shè)置 | 自動、手動 |
CWSI數(shù)字變焦 | 1-14倍連續(xù) |
Coreplayer軟件 | 包含 |
3D制圖軟件兼容性 | Agisoft和Pix4D |
數(shù)碼可見光相機(jī) | |
分辨率 | 1920×1080像素（全高清畫質(zhì)），1/3″傳感器，自動白平衡，寬動態(tài)范圍，背光補(bǔ)償，曝光和Gamma控制，3D降噪功能 |
光學(xué)變焦 | 10倍光學(xué)減震變焦 |
視場角 | 超變焦6.9°-超寬58.2°，焦距33.0mm-3.3mm |
生物量覆蓋指數(shù) | 調(diào)用閾值函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算指數(shù) |
聚焦 | 自動對焦與直接變焦同步 |
存儲和數(shù)據(jù)記錄 | |
存儲 | 內(nèi)置128GB高速SSD，用于存儲影像和視頻記錄 外部卡槽為微型SD卡和U盤，用于存儲影像 |
影像和視頻格式 | CWSI JPEG、TIFF和全高清畫質(zhì)數(shù)碼JPEG影像 數(shù)碼相機(jī)h.264編碼高清視頻 全幀CWSI視頻（原始數(shù)據(jù)記錄） |
GPS地理標(biāo)簽（影像和視頻） | MavLink或外部GPS或兼容DJI A3控制器（通過CAN bus連接） |
接口&實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制 | |
10-pin數(shù)字端口 | S.BUS、CAN bus、MavLink、外部GPS連接、外部觸發(fā) |
以太網(wǎng)（RJ-45）端口 | 視頻流媒體和相機(jī)控制(有特殊需求時(shí)可選) |
微型USB2.0端口 | 大容量存儲 相機(jī)控制和視頻流（有特殊需求時(shí)可選） |
USB 2.0端口 | 連接鍵盤用于室內(nèi)相機(jī)控制 |
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) | CWSI OS確保飛行過程中實(shí)時(shí)控制相機(jī)所有功能 |
遠(yuǎn)程控制選項(xiàng) | S.BUS協(xié)議 CAN bus用于DJI M600實(shí)時(shí)控制和GPS地理標(biāo)記 RJ-45用于無線上行鏈路安裝(視頻流和相機(jī)控制) |
鏡頭保護(hù)濾波片 | 濾光片在飛行過程中保護(hù)鏡頭不受外部損傷 |
相機(jī)功能 | 測量功能： ——CWSI在線評估，包含4種不同彩圖 ——CWSI單點(diǎn)評估（中心），基于溫度信息 ——生物量指數(shù)實(shí)時(shí)百分比評估 ——實(shí)時(shí)溫度測量（**、*小、中心點(diǎn)） 定時(shí)拍攝： ——同步拍攝CWSI圖像，CWSI視頻和可見光圖像 |
相機(jī)可視化模式 | 畫中畫模式、全屏RGB分割模式、雙屏顯示 |
微型HDMI視頻輸出 | 1280×720像素（720p），縱橫比16:9，微型HDMI視頻輸出 |
軟件&SDK | |
桌面軟件 | 先進(jìn)的CWSI數(shù)據(jù)評估軟件，可將CWSI圖像轉(zhuǎn)換為溫度圖像 |
電源，重量&尺寸 | |
輸入電壓 | 9-36V DC，同軸2×6.4mm，外殼-GND，平均功耗12W |
重量 | ＜430g |
尺寸（長×寬×高） | 83mm×85mm×68mm |
安裝 | 2×1/4-20UNC螺孔（1個(gè)位于底部，1個(gè)位于頂部） |
外殼材質(zhì) | 經(jīng)久耐用的鋁制機(jī)身，長期測量穩(wěn)定可靠 |
環(huán)境參數(shù) | |
工作溫度 | -10℃至﹢50℃ |
存儲溫度 | -30℃至﹢60℃ |
三、應(yīng)用案例
（1）作物干旱的實(shí)際影響研究
在旱季，人們通常感興趣的是干旱對作物的實(shí)際影響。這些影響不僅取決于所謂的氣候干旱條件，而且還取決于地下水干旱、植物根系的大小等。利用WIRIS Agro測量植物的水分脅迫將有助于用戶確定干旱對作物的實(shí)際影響，如下圖所示，田間作物CWSI值普遍在0.5一下，說明整體干旱程度較低。
（2）生物量覆蓋指數(shù)計(jì)算
BCI(生物量覆蓋指數(shù))與RGB場景中植被數(shù)量的評價(jià)有關(guān)?；赗GB相機(jī)的可見光數(shù)據(jù)，對包含綠色植被的地面進(jìn)行評估，并將這些區(qū)域與RGB圖像中被白色掩蓋的其他(非植被)區(qū)域的百分比進(jìn)行比較。BCI可由用戶通過簡單的閾值調(diào)整，植物百分比實(shí)時(shí)測量顯示，如下圖所示甘藍(lán)占比為65%。
易科泰公司憑借多年在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域儀器技術(shù)研發(fā)集成及推廣經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合Agro成像儀的優(yōu)勢特點(diǎn)，率先將該相機(jī)引入EcoDrone專業(yè)無人機(jī)遙感平臺和陸基水分脅迫測量監(jiān)測平臺，通過選配多光譜、高光譜及葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)，并配合土壤水分、空氣溫濕度、莖流等監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，組成完整的陸空雙基作物數(shù)字化系統(tǒng)，為大田作物及森林植被水分脅迫監(jiān)測、作物產(chǎn)量預(yù)估、表型研究及指導(dǎo)灌溉方面，提供方便、快速、一體化的解決方案。
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