An Estimation of the Leaf Nitrogen Content of Apple Tree Canopies Based on Multispectral Unmanned Aerial Vehicle Imagery and Machine Learning Methods

多光谱图像 遥感 天蓬 环境科学 树(集合论) 氮气 人工智能 计算机科学 植物 数学 生物 地理 化学 数学分析 有机化学
作者
Xiaonan Zhao,Zhenyuan Zhao,Fengnian Zhao,Jiangfan Liu,Zhaoyang Li,Xingpeng Wang,Yang Gao
出处
期刊:Agronomy [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (3): 552-552
标识
DOI:10.3390/agronomy14030552
摘要

Accurate nitrogen fertilizer management determines the yield and quality of fruit trees, but there is a lack of multispectral UAV-based nitrogen fertilizer monitoring technology for orchards. Therefore, in this study, a field experiment was conducted by UAV to acquire multispectral images of an apple orchard with dwarf stocks and dense planting in southern Xinjiang and to estimate the nitrogen content of canopy leaves of apple trees by using three machine learning methods. The three inversion methods were partial least squares regression (PLSR), ridge regression (RR), and random forest regression (RFR). The results showed that the RF model could significantly improve the accuracy of estimating the leaf nitrogen content of the apple tree canopy, and the validation set of the four periods of apple trees ranged from 0.670 to 0.797 for R2, 0.838 mg L−1 to 4.403 mg L−1 for RMSE, and 1.74 to 2.222 for RPD, among which the RF model of the pre-fruit expansion stage of the 2023 season had the highest accuracy. This paper shows that the apple tree leaf nitrogen content estimation model based on multispectral UAV images constructed by using the RF machine learning method can timely and accurately diagnose the growth condition of apple trees, provide technical support for precise nitrogen fertilizer management in orchards, and provide a certain scientific basis for tree crop growth.

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