株高是反映植物生长发育状况重要的生物物理性状，对生物量估算和作物产量预测具有重要价值。本研究利用无人机( Uunmanned Aerial System，UAS)影像研究了飞行高度和相机角度对棉花株高估测的影响。本研究于2022 ~ 2023年在美国德克萨斯州卢博克的地下灌溉系统中进行。使用DJI Phantom 4 RTKs在不同生长阶段的两个高度(40m和80m)和三个传感器角度(45 °、60 °、90 °)采集图像，UAS高度和相机角度的六种场景图像。其中，本试验推导的株高计算为植株顶端区域与地面高程之间的垂直差异。

线性回归比较了96个样本地块中UAS测量的高度与人工测量的高度。结果显示，在所有生长阶段，低海拔地区(40 m)的表现均优于高海拔地区(80 m)。对于前期(2023年7月4日)，40 m海拔高度与80 m( r² = 0.66 ~ 0.68 ,RMSE = 7.52 ~ 8.76 cm)相比，r² = 0.82 ~ 0.86，RMSE = 2.02 ~ 2.16 cm。倾斜角度( 45 ° )比90 °影像的精度更高，尤其是在后期(2022年10月24日)的结果(r² = 0.96 , RMSE = 2.95cm vs . r² = 0.92 , RMSE = 3.54 cm)。综上，本研究采用的(45度和60度)倾斜传感器角度提高了株高测量的精度。相比之下，飞行高度从40 m增加到80 m，精度有所降低。

本研究证明了飞行高度和传感器角度对利用无人机影像进行棉花株高评估的显著影响。未来研究将探索其他成像设备，如激光雷达、多光谱和热像仪等基于无人机技术在精准农业方面的潜力。集成遥感技术和不同的机器学习算法是释放基于无人机评估性能的关键，最终有助于改善农业实践和作物管理策略。

图1. 无人机航拍系统( UAS )影像估测株高的工作流程

图2. 四个时期的棉花株高测量箱线图

图3. 两个UAS飞行高度和三个相机角度下，四个时期UAS反演的棉花株高误差

图4. 无人机影像反演的株高误差与飞行高度和相机角度的交互作用

图5. UAS影像进行不同飞行高度、三个相机角度的株高误差Tukey事后检验

图6. 不同的无人机高度和角度测量的株高与无人机反演的株高之间的关系

图7. 飞行高度为40 m，相机角度为45 °，采用30 %测试数据的实测株高与无人机测量株高的关系