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区域小麦赤霉病遥感动态预测方法研究

批准号:
42071423
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
董莹莹
学科分类:
遥感科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
董莹莹

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
气候变化引起的病虫危害日益加剧,植保部门手工或半机械化调查方式和农气结合的时空粗放尺度预警模式,难以满足精准防控需求。本项目围绕精细尺度小麦赤霉病遥感动态预测机理和方法,在前期研究病害遥感特征参量提取方法的基础上,进一步深入研究:(1)开展小区控制实验和区域调查实验,解析病害的发生特征和流行状态与作物生长状况的光谱响应机理和与生境条件的时空响应机制,构建时空连续的病害遥感预测指标体系;(2)研究病害预测指标在病害发生发展过程模型中的输入和更新模式以及参数化方法,并与流行病学规律和机理解析相结合,实现病害动态预测建模;(3)融合多源数据评价病害生境适宜性,更新精细尺度下模型在不同地域的算法逻辑和联动关系,扩展模型的空间普适性。预期研究结果将突破现有基于气象信息建立的模型无法获得农田病害发生初始态和流行速率的现状,实现县域尺度病害动态预测高精度建模,为小麦赤霉病精准防控提供理论与技术支持。
英文摘要
Agricultural systems are facing a growing challenge of disease and pest threats by climate change. Ground monitoring of disease severity and pest population density, and meteorological-based forecasting models are not enough to support the scientific control. We urgently need spatial and temporal continuous hazard dynamic forecasting to promote decision making at regional scale. Taking wheat Fusarium head blight as the object, we will conduct the research of remote sensing mechanisms and methods for its early forecasting and epidemic dynamic forecasting, based on our previous research of disease characteristic parameters extraction. The main contents include: (1) conducting field observations and regional investigation experiments, analyzing the spectral response mechanisms of disease occurrence/epidemic characteristics with dynamic crop growth conditions and habitat, and then constructing spatiotemporal remote sensing forecasting indices for wheat Fusarium head blight; (2) exploring the effective input mode, update mode and parameterization method of disease forecasting indices with the disease occurrence and epidemic model, and then achieving the dynamic forecasting of disease by integrating with the disease epidemic mechanisms; (3) integrating multi-source data to evaluate the suitability of disease habitat, and updating the algorithm in different regions to expand the spatial universality of disease forecasting model. Our project outputs will construct the forecasting indices for wheat Fusarium head blight, and then take the initial state and its changing information of these indices as the input of epidemic model to achieve spatiotemporal disease forecasting. Furthermore, the results could be used to support decision making of plant protection for wheat Fusarium head blight at county scale.
本项目以小麦为研究对象,聚焦小麦赤霉病遥感监测与预测,探索病害发生特征及其与作物生长和生境条件的时空响应机制,构建高精度预测指标体系,建立了赤霉病专题数据库,开发了多源数据融合的动态预测模型,并研究空间普适性。通过综合利用地面调查、星地同步观测、高光谱影像及气象数据等多源数据,系统解析了小麦赤霉病的光谱响应特征和时空动态。在安徽省主要赤霉病高发区域进行了控制实验和区域观测,在北京小汤山实验基地开展了小麦赤霉病室内观测实验,提取了对病害严重度高度敏感的光谱参数,构建了涵盖植被指数、微分光谱和纹理特征的预测指标体系。基于无人机高光谱影像和机器学习算法,在麦穗、冠层、田块、区域尺度分别开发了病害遥感测报模型,实现了病害不同阶段的高精度量化监测与预测。此外,本项目结合病害流行机理,提出了基于遥感、气象和生物等多源信息的SEIR模型与神经网络融合的动态预测方法(SEIR-LSTM),显著提升了病害预测的精度与计算效率。该方法有效解决了传统机理模型参数量大、空间适应性不足的问题,为区域赤霉病的精准防控提供了可靠依据。项目执行期间,取得了一系列重要成果,发表SCI论文9篇,主编专著1部;授权发明专利3项(国际2项,国内1项),实审国家发明专利2项;取得软件著作权1项;培养博士后1名、博士研究生2名、硕士研究生2名;主办或参与国际学术会议8次;获得科研奖励3项,包括北京市科技进步二等奖、第十二届大北农科技奖创新奖及化肥农药减量增效优秀解决方案称号,充分展示了其在推动精准农业、减轻农作物病害危害方面的重要意义。本项目为作物病害动态监测与精准管理提供了科学支撑,不仅丰富了作物病害流行学的理论体系,也为赤霉病的区域性预警与治理提供了实用方法,具有重要的学术价值与应用前景。
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