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Jul 04, 2023

무인 항공기 초분광 영상 기반 토양 질감 함량 추정 및 매핑

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14097(2023) 이 기사 인용 115 액세스 측정 항목 세부 정보 토양 질감은 토양의 중요한 물리적, 자연적 특성 중 하나입니다. 대부분의

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14097(2023) 이 기사 인용

115 액세스

측정항목 세부정보

토양 질감은 토양의 중요한 물리적, 자연적 특성 중 하나입니다. 현재 연구의 대부분은 비영상 지구물리학 분광계를 사용한 토양 질감 모니터링에 중점을 두고 있습니다. 그러나 토양 질감 모니터링을 위해 무인 항공기(UAV) 초분광 데이터를 활용하는 연구는 적습니다. UAV 탑재 초분광 카메라를 사용하면 토양 질감의 고해상도 공간 정보를 빠르고 정확하게 얻을 수 있습니다. 현장 샘플링 없이 무인 공중 초분광 데이터를 활용해 신속한 토양 성상 조사를 실현할 수 있는 기반이 마련됐다. 본 연구에서는 칭하이성 황수이분지의 전형적인 농경지 3곳을 연구지역으로 선정하여 총 296개의 토양시료를 채취하였다. 실험실 토양 질감 모델을 현장 조건에 직접 적용할 수 있는 가능성을 탐색하기 위해 실험실 스펙트럼과 현장 현장 스펙트럼을 사용한 UAV 스펙트럼의 데이터 보정. 이 결과는 기계 학습과 결합된 UAV 초분광 이미지가 일련의 이상적인 처리 방법을 얻을 수 있음을 보여줍니다. 스펙트럼 데이터의 전처리를 통해 토양 질감 추정의 높은 정확도와 우수한 매핑 효과를 얻을 수 있습니다. 본 연구의 결과는 티베트고원의 미래 농지계획을 위한 효과적인 기술지원과 의사결정 지원을 제공할 수 있다. 본 연구의 주요 혁신은 티베트 고원의 농업 분야에서 토양 질감을 모니터링하기 위한 데이터 참조를 제공하기 위해 UAV 초분광 이미지에 적용할 수 있는 일련의 처리 절차 및 방법을 확립하는 것입니다.

토양 질감은 토양의 중요한 물리적, 자연적 특성입니다. 이는 토양 입자의 조합을 나타내며 토양 환기 투과성, 수분 및 지력 유지와 밀접한 관련이 있습니다. 토양 입자 크기에 따라 토양 질감은 점토 입자(< 0.002mm), 미사 입자(0.002~0.05mm), 모래 입자(0.05~2mm)로 나눌 수 있습니다1,2. 토양 질감은 토양 박테리아 군집 구조와 다양성에 큰 영향을 미치므로 토양 비옥도에 영향을 미칩니다3. 이는 경작지의 질 분야와 작물 적합성 평가에서 중요한 지표입니다4. 토양 질감의 공간적 분포에 대한 추정 및 매핑은 토양 디지털 데이터베이스를 풍부하게 하고 개선할 수 있을 뿐만 아니라 토양 속성의 공간적 분포 및 농업 생산 계획에 대한 연구를 위한 기초 및 데이터 지원을 제공합니다5. 따라서 토양 조직의 공간적, 시간적 분포 특성을 현장 규모에서 고해상도, 고정밀 정량화하고 모니터링하기 위한 정밀한 농업관리가 절실히 요구된다.

전통적인 토양 질감 측정 방법은 시간이 많이 걸리고 힘들고 비용이 많이 드는 현장 토양 샘플링 및 실험실 화학 분석에 의존하므로 대규모 및 다중 주파수 토양 질감 함량 모니터링을 수행하기가 어렵습니다6,7. 최근 몇 년 동안 빠르게 발전하는 비전 근적외선 초분광 기술은 토양 질감에 대한 빅데이터에 대한 수요와 높은 비용 사이의 모순을 해결하기 위해 토양 질감 함량 추정에 널리 사용되었습니다8. 토양 스펙트럼 반사율과 토양 질감 사이의 스펙트럼 반응 관계에 따라 많은 연구자들은 토양 질감을 정량화하는 기존 수단으로 토양 초분광 기술을 개발하기 위해 지상 물체 분광법을 사용했습니다9,10,11. 그러나 지상 물체 분광계를 기반으로 한 토양 질감 역산은 일반적으로 밀도가 낮은 점 같은 데이터를 얻습니다. 이로 인해 정밀 농업의 맥락에서 공간 분포의 신속한 시각화 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다12. UAV 플랫폼은 이동성과 유연성의 장점을 가지며 최근 몇 년 동안 토지 자원 공간 조사에 널리 사용되었습니다13. UAV와 초분광 기술의 유기적 결합을 통해 식생 생장 모니터링, 정확한 분류 및 지상 물체 식별, 해충 모니터링, 생산 및 수확량 추정 등 다양한 응용이 수행되었습니다. 그러나 토양 특성, 특히 토양 질감14을 모니터링하기 위해 이 기술을 사용하는 응용 프로그램은 상대적으로 적습니다.