關于低空遙感技術及其在精準農業中的應用研究

摘要：低空遙感指飛行高度低于一千米之下的航空遙感技術。此技術系統包括幾個平臺類型。本文從無人機、三角翼、飛艇三種平臺介紹了低空遙感系統平臺類型，并從分析農作物長勢、判斷農作物類型、獲取數字化圖像等方面闡述了其在精準農業中的具體應用。

關鍵詞：低空遙感技術；精準農業；應用

引言：

低空遙感這項技術在我國農業上的應用已經有多年歷史，使用此項技術監測農作物的長勢，對土地面積準確計算，區分農作物類型等。同時在信息系統、衛星定位、數字攝影、圖像處理等技術的快速發展下，為此技術的發展提供了新的機遇。在整個遙感體系中通過實施低空遙感，在精準農業中取得了廣泛的應用。

1 低空遙感系統平臺類型

1.1無人機

無人機是衛星遙感平臺，基于航空模型逐漸發展起來的，這種遙感平臺分為固定翼和直升飛機兩種類型。無人機可實現定點起落，同時對于場地要求較低。無人直升機在工作時，其飛行高度可能受到限制，本身結構相對復雜，因此在操作過程存在一定難度。在農業中應用范圍不廣。無人固定翼飛機在使用時具有效率高、便于轉場、投入成本低等優勢，對起落場地有定要求，荷載較小。當前隨著GPS和GIS的快速發展，促進了無人機性能的發展，因此，在農業中，固定翼無人機應用較為廣泛[1]。

1.2三角翼

三角翼屬于動力型的有人駕駛低空飛行器。隨著三角翼的發展，當前具有廣泛應用的是輕質飛行器。這種飛行器在使用過程具有質量輕便、起落距離較短、駕駛容易、高荷載等優勢、構造簡單、利于安裝、維護以及拆卸等優勢。當前國外在航空領域中這種類型的飛行器應用較為廣泛。這種遙感平臺需要駕駛人員，因此工作過程中投入的成本較高。在我國農業領域中，此種遙感平臺取得了一定范圍的應用。

1.3飛艇

飛艇的系統組成部分包括飛行控制、數字航拍、實時監控等。在使用過程中具有速度快、安全、響應快、平穩、荷載大、空中懸浮等優勢。因此，應用飛艇可獲得分辨率較高的遙感影像。但是其還具有成本高、抗風性能弱、利用效率低等弱點，因此，在農業方面的低空遙感并不適用。

2 低空遙感技術及其在精準農業中的應用

2.1分析農作物的長勢，

當前在低空遙感技術中使用最廣泛的是數碼相機，其具有處理圖像便捷的優勢。主要使用光譜技術對遙感圖像進行處理，把圖像按照波段不同分割成不同部分，然后對各個波段展開數字化的處理，使用監督分類，獲取需要的信息。如果在遙感過程中使用普通數碼相機，缺乏NIR波段時，可從R、G、B即紅、綠、藍三種波段中獲取信息。當使用多光譜數碼相機時，存在NIR波段，能提取到農作物的更多信息。

例如：使用低空遙感技術，能按照農作物葉片的長勢進行分析，利用不同農作物葉片對電磁破反射特點的不同，作出準確判斷。例如：在實際應用時，可使用此技術對遙感影像作出處理，通過Idrisiw處理將真彩影像，得到紅色、藍色、綠色等不同波段的圖像。在不同顏色的圖像中可判斷出農作物的生長情況。由于植物在進行光合作用的過程中需要紅色和藍色的光波，因此，植物在生長的過程的長勢情況和紅、藍兩個波段具有的反射值具有較大聯系，和綠色波段聯系不大。通過紅色波段影響，能夠判斷出土壤和水分情況，從而對植物生長條件作出判斷，分析農作物當前的長勢。

2.2判斷農作物的類型

使用低空遙感設備，能實現影像的拼接以及匹配，由于設備飛行高度受到限制，因此在農業中通常使用標準或者小廣角的鏡頭，防止遙感影像過大的現象。這種方式的應用使得在同一個信息采集區域中出現多種遙感圖像，因此在遙感任務結束后，涉及到圖像的匹配以及拼接等工作。當前常使用旋轉、仿射、平移等轉換方式將遙感圖像進行拼接，并且取得了較好的應用效果。在3S技術的應用下，即遙感RS、信息系統GIS和控制點GPS應用到圖像的拼接過程中，使得遙感影響在拼接和應用方向更加廣泛。此外，這種方式應用簡單，不需要專業軟件作為支持。

例如：使用低空遙感這項技術，在可見光區域內，遙感影像對農作物反應靈敏，因此使用者能通過多個遙感圖像，準確對農作物種類作出判斷。例如：在某試驗田中，使用此技術通過遙感影像，可田中的苗圃、小麥、水稻等植物區分出來。此外，通過遙感影像還可對地面中的其他部分展開準確判斷，例如：房屋、水面、地面等。

2.3獲得數字化地形圖像

隨著精準農業的深入實施，以及我國當前土地屬于分散經營的特點下，在地形邊界測量過程屬于較復雜的工作。傳統在地形邊界測量過程使用地圖，然后將其數字化，但是這種方式的弊端是地圖測繪的時間較長，不可避免地塊邊界發生了變化，使實際的測量結果與實際不符，甚至差距較大，阻礙了精準農業具體實施。對此，使用低空遙感技術，可將地形邊界進行數字化，在此過程中不但效率高，而且準確度高，符合我國當前的農業生產現狀，以及精準農業具體實施。在數字技術下，形成數字化的圖像，利于準確測量出不同地塊的實際面積。例如：某農場使用低空遙感技術，通過遙感影像計算出總共有180塊地塊，實際面積28公頃。不同地塊的面積處于150m2到4115m2之間。道路以及泵房等面積共有11578m2，水稻種植面積為13公頃，約占總面積的46.42%，苗圃面積為6公頃，約占農場總面積的21.43%[2]。

2.5在精準農業中的應用前景

在科學技術的快速發展下，尤其是CCD技術、GPS技術、GIS技術的發展下，為低空遙感技術提供了新的發展機遇，使用先進的技術可對遙感影像展開空間定位以及幾何校正。將計算機處理圖像的技術應用其中，利于農業人員獲得更多農業信息。同時此技術在使用上具有造價低、便捷等特點，因此，此技術在農業的土地規劃、農田建設、農業工程的設計、農作物長勢檢測各個方面具有重要的應用價值。未來應加大力度改進其中不足的技術，將此技術應用在土壤養分、農作物產量以及農作物的空間變異等方面的研究上，加大研究力度促使此項技術得到更好地應用，高效完成精準農業系統建設。

結論：

綜上所述，在精準農業的建設過程中，低空遙感技術具有成本投入小、使用便捷等優勢，在農業中被廣泛應用。因此，相關人員應加大技術的研究力度，開發技術的更多應用，完善其中存在的不足之處，調整農業的產業結構，不斷提高資源的利用效率，提高農產品質量，促進我國農業完成“精耕細作”。

參考文獻

[1]段新宇.旋翼無人機的農業低空高光譜遙感技術探討[J].中國農業信息，2016（19）：85.

[2]白由路，楊俐蘋，王磊，等.農業低空遙感技術及其應用前景[J].農業網絡信息，2010（01）：5-7.

作者簡介：梁煒（1990.12--），男，天津市，本科，畢業于北京航空航天大學；現有職稱：助理工程師；研究方向：遙感科學。

（作者單位：天津航天中為數據系統科技有限公司）