基于無人機影像的農情遙感監測應用研究

李璇

摘要：本文以中國農業科學院及周邊地區為研究對象，采用無人機進行的航拍測驗，主要測試了無人機影像下對農作物的分辨。結果顯示：在沒有控制點的約束下，其對農作物有著很高的分辨。經過一系列研究表明：無人機遙感影像在獲取小范圍內、農作物分布上面有著廣闊的發展前景，在推廣之后能夠代替現有人工測量，進而推動了我國農業測量作業方式的發展，為我國的糧食安全、農業的可持續發展提供了可靠地、全面的信息支持。

關鍵詞：農業，遙感，無人機，監測

1前言

事實上，農情遙感監測就是運用遙感技術對農業生產活動進行的一個監測過程，其主要是對農作物的種植面積，生長情況和產量進行系統性的監測。其在范圍廣、時效性強和客觀性方面是其他監測方法所不能實現的。農業的生產復雜、多變，需要對規定范圍內農業情況開展影像觀察，當前，星載高空分辨率數據的存在重訪時間長的情況，無法在短時間內提取數據，空間抽樣在很大程度上彌補了這一不足。但是，利用定位系統檢測地面的方法只能對小面積的農作物進行監測，并且效率低下，不能滿足對農業生產大數據的需求。隨著無人機和遙感技術的發展，這一問題得到了有效的解決。無人機的成本低、簡單易操作，分辨率高，能夠對某一地區的研究對象進行快速的影像檢測，為大范圍的農情提供了便利。

2研究的方法

2.1研究思路

對無人機影像農情遙感監測的研究包含三個方面：無人機影像的獲取與定位，外圍方案的數據采集，無人機農作物的識別方法。無人機影像的獲取和定位對本次研究采用的無人機情況，介紹包含相機的檢測，布控點的分布以及航線的設置等方面的內容；外圍方案的數據采集包含布控點的設置、地面農作物分類和劃分為研究。

2.2無人機影像的獲取與定位

2.2.1相機的校驗

本次的研究采用的是Free Bird小型電動無人機，系統簡單易操作。由于進行航拍的相機是測量的相機，存在著很大的偏差。因此，相機參數的設定具有關鍵性因素，其設定結果的精準度和算法的穩定性直接影響著相機的工作結果。本文研究采用的相機校驗工作是經過試驗的，校驗報告由廠家提供。

2.2.2布控點的設置和航線的設計

無人機航空影像搭載的相機都非常普通，其航高低、重疊度大，要開展精度的測量，那么布控點的設置數目會隨之增加。本次試驗所用無人機由POS系統提供相機，方便輔助空三測量，理論來說只需要一個基站，不需要任何控制點就可以實現對整個測區的航空監測，經過校正后的影像能夠保證一定的定位精度。但是，在具體操作中，如果要想獲取更準確的定位精度，需要在地面上設置一定量的布控點。布控點的設置要求GPS信號遮擋少，目標易于觀察、分布均衡。本次試驗布控點的設置一共有105個，分別設置在道路的兩邊，利用PTK進行測量，可以應用于于空三預算和精讀的檢測上面。

本次航線的設計行高為380m左右，一共設置了11條東西方向的航線，每條航線長為4m左右，航線的重疊度達到85%，大部分地面被5張及以上的像片包含，單幅影像覆蓋面積大致為336*504m，影像分辨率約為0.12m，實現了整個監測區域的覆蓋。

2.2.3無人機影像的定位

利用無人機航拍最終獲得的是中心投影，如果被應用到現實中去，需要處理好影像和拼圖工作，以此取得整個測區的正射影像圖。

與傳統的衛星傳感器不同，無人機影像的拍攝姿態穩定度比較差，這直接影響著定位的準確度。當今，一般商用軟件的做法是POS輔助光束法空三。本文監測采用的無人機影像定位的步驟是：第一，通過對相機的校驗確定校驗參數，并結合GPS提供的相機成像時刻外方位線元素，對無控制點下的POS輔助空中的三角測量。在對地面進行一系列加密之后，得到數字高程模型，然后對影像數字進行糾正，便可獲得正射的影像圖。綜上過程可以得出：空中三角測量的精準度對最終的正射影像圖的質量起著直接的作用，如果空中三角測量出現誤差，那么完成正確的拼圖都非常困難。當前，大部分商用軟件都可以實現精準度的要求，但操作者在實際的測量中，要依據自身的要求進行針對性的應用。

3無人機對農作物的分辨方法

本文利用兩種分類方法，分別對監測區內的農作物進行監測。一是以最大似然分類法，它有嚴密的數據理論基礎，綜合運用各個類別在各個波段的平均值，方便統計，是一種比較先進的分類方法，其應用范圍很廣。該方法利用對樣本的統計和計算以獲取農作物類別的平均值，并作為參考值，進而明確一個分類函數，并將農作物分類中的各個像元帶入到分類函數中，來得出最大似然概率，并且將概率的最大類別作為分類的標準，進而完成分類。另一個分類方法是面向對象，它遵循影像多尺度分割的原則，采用模糊數學的方法獲取影像對象的信息，并將影像對象作為基礎單元，進而提取有效信息。影像信息的提取以模糊邏輯的分類為基礎，給出某個對象屬于某類的概率，并不是單純的將對象分為一類。

4結果討論

無人機影像在弄清遙感監測方面有著廣闊的發展前景，和衛星影像相比，有著更高的分別率，能夠更好地實現農作物的監測。同時，無人機影像為某地區農作物的種植情況、生長過程、產量等信息提供了有效的數據。本文從無人機影像的獲取與定位、航線的設計和布控點的設置、農作物的分辨等方面進行了研究，探討了無人機影像在弄清檢測方面的可行性。由于，我國利用無人機影像對農情遙感監測的起步比較晚，需要研究者開展進一步的研究，其中包含制作和提取精確的正射影像圖，還有更多農業方面的應用。

參考文獻：

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