Crop Pest and Disease Remote Sensing Monitoring and Forecasting

Authors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III

Foreword . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V

Preface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII

Part One Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

CHAPTER 1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Crop Pest and Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.1 Wheat Yellow Rust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.2 Wheat Powdery Mildew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.3 Wheat Fusarium Head Blight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2.4 Wheat Aphid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2.5 Rice Leaf Roller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.2.6 Oriental Migratory Locust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3 Progress and Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.1 Crop Pest and Disease Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.2 Crop Pest and Disease Forecasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

CHAPTER 2

Mechanism and Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.1 Spectral Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.1.1 Spectral Response of Healthy Crop. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.1.2 Spectral Response of Crop Pest and Disease . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.2 Spectral Feature Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.2.1 Sensitivity Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.2.2 Spectral Feature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.3 Monitoring Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.3.1 Recognition and Differentiation Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.3.2 Severity Monitoring Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.4 Forecasting Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.4.1 Bayesian Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.4.2 Logistic Regression Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.4.3 Markov Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Part Two Non-Imaging Hyperspectral Remote Sensing Monitoring for Crop Pest and Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

CHAPTER 3

Crop Disease Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.1 Wheat Yellow Rust Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.1.1 Monitoring at Leaf Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.1.2 Monitoring at Canopy Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.2 Wheat Powdery Mildew Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.2.1 Monitoring at Leaf Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.2.2 Monitoring at Canopy Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.3 Wheat Fusarium Head Blight Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.3.1 Monitoring at Ear Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.3.2 Monitoring at Canopy Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

CHAPTER 4

Crop Pest Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

4.1 Wheat Aphid Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

4.1.1 Spectral Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.1.2 Monitoring at Leaf Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.1.3 Monitoring at Canopy Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

4.2 Rice Leaf Roller Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

4.2.1 Spectral Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

4.2.2 Monitoring at Canopy Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

CHAPTER 5

Crop Pest and Disease Differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

5.1 Wheat Yellow Rust and Nutrient Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

5.1.1 Spectral Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

5.1.2 Rust and Nutrient Stress Differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

5.2 Wheat Disease and Nutrient Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

5.2.1 Spectral Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

5.2.2 Disease and Nutrient Stress Differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5.3 Crop Pest and Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5.3.1 Differentiation at Leaf Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5.3.2 Differentiation at Canopy Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

Part Three Imaging Remote Sensing Monitoring for Crop Pest and Disease . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

CHAPTER 6

Imaging Hyperspectral Remote Sensing Monitoring of Crop Pest and Disease . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 189

6.1 Wheat Yellow Rust Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

6.1.1 Monitoring at Leaf Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

6.1.2 Monitoring at Canopy Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

6.2 Wheat Powdery Mildew Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

6.2.1 Spectral Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

6.2.2 Monitoring at Leaf Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

6.3 Wheat Aphid Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

6.3.1 Extraction of Aphid Information by Sensitive Wavebands. . . . . 209

6.3.2 Extraction of Aphid Information by Spectral Index . . . . . . . . . 211

6.3.3 Extraction of Aphid Information by Principal Component Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

6.3.4 Construction of Aphid Index and Extraction of Aphid Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

CHAPTER 7

Multi-Spectral Remote Sensing Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

7.1 Wheat Yellow Rust Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

7.1.1 Monitoring at Regional Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

7.1.2 Monitoring at National Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

7.2 Wheat Powdery Mildew Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

7.2.1 Monitoring with HJ Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

7.2.2 Monitoring with GF Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

7.2.3 Monitoring with Multi-Temporal Landsat Data . . . . . . . . . . . . 237

7.3 Wheat Fusarium Head Blight Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

7.3.1 Monitoring at Regional Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

7.3.2 Monitoring at National Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

7.4 Oriental Migratory Locust Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

7.4.1 Monitoring at Regional Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

7.4.2 Monitoring at National Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

Part Four Remote Sensing forecasting for Crop Pest and Disease . . . . . . . . . 261

CHAPTER 8

Crop Pest and Disease Forecasting with Multi-Source Data . . . . . . . . . . . . . 265

8.1 Wheat Yellow Rust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

8.1.1 Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

8.1.2 Modelling and Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

8.2 Wheat Powdery Mildew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

8.2.1 Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

8.2.2 Modelling and Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

8.3 Oriental Migratory Locust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

8.3.1 Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

8.3.2 Modelling and Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

Part Five System and Application for Crop Pest and Disease Monitoring and Forecasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

CHAPTER 9

Crop Pest and Disease Monitoring and Forecasting System. . . . . . . . . . . . . . 297

9.1 Field Data Acquisition System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

9.2 Crop Pest and Disease Remote Sensing Monitoring and Forecasting System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

9.3 National Locust Remote Sensing Monitoring and Early Warning System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

Langue(s) : Anglais

Public(s) : Professionnels, Recherche

Editeur : EDP Sciences & Science Press

Collection : Current Natural Sciences

Publication : 12 mai 2022

EAN13 (papier) : 9782759826599

EAN13 eBook [PDF] : 9782759826605

Intérieur : Couleur

Nombre de pages eBook [PDF] : 334

Taille(s) : 40,2 Mo (PDF)