方案介绍
本方案基于多光谱相机和热红外相机融合技术，结合物联网通信，实现对农作物冠层温度和多光谱植被指数的在线实时监测。通过对田间冠层温度和植被光谱信息的综合分析，可反映作物生理状态、病虫害发生及水分胁迫情况，为精准农业管理和农事决策提供科学依据。

监测目标
实现对农田作物冠层温度和NDVI、GNDVI、CI等多光谱植被指数的实时获取，动态反映作物水分状况、生长健康和病虫害风险，辅助灌溉调度、营养管理和病虫害预警。

需求分析
传统田间监测依赖人工巡查或单一气象传感器，仅能间接获取作物生长信息，存在空间分辨率低、数据更新滞后、病虫害判断不准确等问题。为提升监测精度和时效，需要一种集成多光谱和热红外成像的在线监测系统，对作物冠层温度和光谱特征进行高频次、空间化自动采集，为农户和技术人员提供可视化数据和预警。

监测方法
在田间架设融合多光谱相机与热红外相机的监测站，定时自动拍摄指定地块的冠层热红外图像和多光谱图像，通过边缘计算模块进行初步图像处理和植被指数计算，然后通过4G无线模块将处理后的温度数据、光谱指数和原始影像上传至云平台，实现无人值守、连续在线监测。

应用原理
热红外相机基于热辐射原理测量植物叶片和冠层表面温度，温度变化可反映作物蒸腾和水分胁迫情况；多光谱相机采集可见光和近红外波段数据，通过植被指数模型（如NDVI、GNDVI、CI）反映叶绿素含量和植株健康状况。边缘计算模块融合两类数据进行关联分析，实现冠层温度与生长指标的综合评估。

功能特点
多光谱与热红外双模态融合，实现冠层温度与植被指数同步在线获取；边缘计算预处理影像并自动计算关键指数，减少数据传输量；4G通信模块实时上传数据，支持云端平台可视化展示；可设置定时采集和光照触发采集策略，保证夜间和阴雨天气的监测需求；支持远程参数调整、固件升级及维护。

硬件清单
多光谱相机（至少具备红、绿、蓝、近红外四波段）；热红外相机（支持-20～85℃测温范围）；边缘计算模块（嵌入式高性能处理器及存储器）；4G全网通无线通信模块；高精度GPS定位模块；太阳能供电系统与蓄电池；防水防尘监测箱体及安装支架；定向云台（可实现水平和垂直方向微调）。

硬件参数（量程、精度）
多光谱相机：波段中心波长红光≈660nm、绿光≈550nm、蓝光≈490nm、近红外≈830nm，空间分辨率≤2cm/pixel；热红外相机：测温范围-20～85℃，测温精度±0.5℃，热灵敏度≤50mK；边缘计算模块：CPU主频≥1.2GHz，内存≥2GB；4G模块：支持LTE Cat-4，信号接收灵敏度≤-95dBm；GPS模块定位精度≤2m；太阳能板功率50W，蓄电池容量12V 40Ah，系统连续供电≥72小时。

方案实现
在代表性田块中心位置安装监测站，先由多光谱相机对目标区域进行垂直俯瞰拍摄，获得冠层反射率数据，同时热红外相机捕获同一视场的冠层温度图。边缘计算模块根据预设计划或光照触发条件，定时对白天和夜间数据进行初步处理，计算NDVI、GNDVI、CI等植被指数，并标注对应的冠层像素温度。处理后的数值和压缩后的影像通过4G网络上传至云平台，用户可远程访问平台查看动态变化趋势图、热图或多光谱假彩色图。

数据分析
平台对历史冠层温度和植被指数数据进行时序分析，生成日、周、月变化曲线，分析温度与光谱指数的相关性。通过与气象站数据（气温、湿度、风速、降水等）叠加分析，可识别水分胁迫、养分缺失或病虫害初期症状。联合土地利用与作物生长模型，生成作物蒸散预估、需水量估算及叶绿素含量分布图，辅助专家评估田间管理效果。

预警决策
设定阈值规则：当冠层温度与空气温度差值超过设定范围且NDVI下降速率超过阈值时，自动触发水分胁迫预警；当植被指数持续低于正常值且局部温度异常升高时，触发病虫害可能预警；平台通过短信、邮件或App推送方式通知农技人员，并提供应对建议，如适时灌溉、水肥调整或巡检确认。可自定义预警级别（绿色、黄色、橙色、红色）并配置响应措施。

方案优点
集成多光谱与热红外技术，实现对冠层温度和植被健康的高精度、多维度在线监测；边缘计算减少传输负担，保证实时性；可靠的太阳能供电和防护箱设计适应野外环境，无需频繁维护；4G通信覆盖范围广，适合分散或偏远田块部署；数据可视化和智能预警功能提高管理效率，降低农情监测成本。

应用领域
大田粮食作物如小麦、水稻、玉米的生长监测与水分管理；设施农业如高标准蔬菜大棚的温湿控制和病虫害监测；果树园区的微灌溉调度及果实成熟期预判；农业科研试验区作物表型高通量分析；农业保险与风险评估中的灾情监测与理赔评估。

效益分析
通过实时监测冠层温度和植被指数，可提前发现作物水分胁迫和营养失衡，精准指导灌溉和施肥，提升水肥利用率20%以上；结合病虫害早期预警，可降低农药使用量15%，减少病虫害损失10%以上；平台自动化运行减少人工巡查次数50%以上，降低人力成本；综合应用可提高作物产量5～15%，提升品质和市场收益。

国标规范
GB/T 20121-2012 农业遥感监测技术规范
GB/T 26214-2010 多光谱图像在农作物长势监测中的应用技术要求
LY/T 2012-2015 农业用热红外遥感技术规范
NY/T 3873-2021 农业物联网设备技术规范
QL/T 556-2014 大棚环境监测与控制系统通用技术条件

参考文献
《多光谱影像与热红外数据融合在精准农业中的应用研究》
《农业冠层温度遥感监测技术》
《基于边缘计算的田间在线监测系统设计》
《农作物NDVI与水分胁迫诊断模型开发》
《物联网在农业智能监测中的实践与展望》

案例分享
在江苏某设施农业示范园区部署该监测系统后，通过日常冠层温度与NDVI结合分析，及时发现黄瓜棚内夜间温差过大、水分供应不足的问题，及时优化通风和灌溉方案，使棚内环境温度波动下降2℃~3℃，NDVI值提升5%，节水15%，货品合格率提高约8%。在河北某小麦试验基地，系统成功预警连日高温导致土壤干旱初期，并指导精准灌溉，避免了苗期黄化，亩产提高10%。