無人機(jī)遙感技術(shù)在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳會明

摘 要：當(dāng)前，無人機(jī)遙感技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。無人機(jī)可以實(shí)時獲取農(nóng)作物數(shù)據(jù)信息，指導(dǎo)農(nóng)田管理，預(yù)防農(nóng)作物病蟲害的發(fā)生，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。該文介紹了無人機(jī)技術(shù)和農(nóng)業(yè)相結(jié)合的發(fā)展現(xiàn)狀，著重分析了無人機(jī)遙感在農(nóng)業(yè)中的典型應(yīng)用，并展望了無人機(jī)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)遙感技術(shù);現(xiàn)代農(nóng)業(yè);應(yīng)用

中圖分類號 P231.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2021）11-0131-02

1 無人機(jī)農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)發(fā)展概況

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是在地球表面進(jìn)行的為創(chuàng)造物質(zhì)財富的社會生產(chǎn)活動，其根本目的是滿足人們生產(chǎn)和生活的需要。它具有空間位置及地域上的分散性、時空變化差異性和災(zāi)害發(fā)生的突然性等特點(diǎn)，用常規(guī)技術(shù)難以掌控，這是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在社會生產(chǎn)中長期處于被動地位的重要原因。20世紀(jì)80年代，我國農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)才剛剛起步， 對于農(nóng)作物的生產(chǎn)情況用地面調(diào)查的方法進(jìn)行統(tǒng)計與跟蹤，受到種植種類的分散性和地域的復(fù)雜性及人為因素的影響較大，且耗時費(fèi)力，難以滿足管理決策部門的需要，因此迫切需要大力發(fā)展無人機(jī)農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)。

黨的十九大報告提出，在滿足人民群眾美好生活需要的同時，還需要保障生態(tài)環(huán)境的美好，以獲得健康生態(tài)產(chǎn)品。為了解決糧食生產(chǎn)安全與供應(yīng)問題，適應(yīng)全面建設(shè)小康社會對農(nóng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性供給和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整的需要，我國農(nóng)業(yè)部門將無人機(jī)遙感技術(shù)引入到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中，快速、準(zhǔn)確地獲取農(nóng)作物、土壤、氣候、災(zāi)情等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)信息及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息，從而保證了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)快速健康和可持續(xù)發(fā)展。

隨著人們對農(nóng)情信息獲取的實(shí)時性要求和對農(nóng)事操作的迫切需求，原有的衛(wèi)星遙感監(jiān)測體系滯后，期待出現(xiàn)一種高空間分辨率、可實(shí)時獲取并指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的新型技術(shù)。無人機(jī)遙感技術(shù)作為一種新型的低空遙感獲取技術(shù)，具有良好的可操作性、靈活性、現(xiàn)勢性，無人機(jī)遙感憑借其影像獲取快速、覆蓋面積大、應(yīng)用周期短、影像清晰度高、便于解析、受自然環(huán)境約束小、成本低、操作簡單等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感和普通航空遙感的不足。同時，在農(nóng)業(yè)資源調(diào)整、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)作物估產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面進(jìn)行全方位的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析和成果的生成與可視化輸出，是目前一種較有效的對地觀測技術(shù)和信息獲取手段。

對于無人機(jī)遙感獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合智能化專家系統(tǒng)使農(nóng)業(yè)由定性到定量生產(chǎn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使農(nóng)業(yè)由分散封閉到信息靈通，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)使農(nóng)業(yè)由粗放到精準(zhǔn)，使人們可以更大視角地管理農(nóng)業(yè)，從而提高了農(nóng)業(yè)的可操作性和可控性。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 農(nóng)作物實(shí)際播種面積的監(jiān)測與估算 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式根據(jù)空間定位，定時采集精確的田間信息，根據(jù)信息實(shí)施準(zhǔn)確的技術(shù)與管理。這一形式可大大減少人力、物力和資源的投入，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)的可持續(xù)性發(fā)展的農(nóng)業(yè)。中國是一個人口大國，糧食生產(chǎn)關(guān)系到國計民生，但由于耕地面積的減少和質(zhì)量的下降，耕地保護(hù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要的戰(zhàn)略任務(wù)。無人機(jī)遙感技術(shù)因其信息量豐富、覆蓋范圍大、實(shí)時性強(qiáng)、數(shù)據(jù)可靠準(zhǔn)確以及省時、省力、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于測定農(nóng)作物用地的數(shù)量和評定土地質(zhì)量。通過無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，詳細(xì)記錄農(nóng)作物的種植面積，根據(jù)農(nóng)作物的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，統(tǒng)計評估各種農(nóng)作物的播種面積，在精細(xì)化條件下，甚至可以精確估算農(nóng)作物的實(shí)際數(shù)量。

2.2 農(nóng)作物長勢與產(chǎn)量監(jiān)測 農(nóng)作物的長勢是一種對農(nóng)作物生長發(fā)育狀況的綜合性評價。從宏觀上來講，可以利用無人機(jī)遙感技術(shù)對農(nóng)作物的生長情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，從而發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物的苗情、生長情況及其變化規(guī)律。無人機(jī)能夠結(jié)合遙感技術(shù)以進(jìn)行大范圍實(shí)時精準(zhǔn)定位，快速準(zhǔn)確地獲取需要測量的數(shù)據(jù)信息，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工觀察，快速地進(jìn)行分析監(jiān)測。通過對無人機(jī)遙感獲取的農(nóng)作物信息進(jìn)行分析，管理者可以提出有針對性的對策，對不合適的政策做適當(dāng)調(diào)整，從而提升農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤及其生態(tài)環(huán)境監(jiān)測 土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)賴以生存的基礎(chǔ)，由于過度開發(fā)和各種周邊環(huán)境的變化，使得用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤受到不良侵蝕、土壤性質(zhì)鹽堿化，為了保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，需要對土壤性質(zhì)和土壤鹽堿化的面積及其變化趨勢予以監(jiān)測和統(tǒng)計。利用無人機(jī)遙感技術(shù)可以對土壤水和其他作物生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，這些信息有助于田間管理者采取相應(yīng)措施。利用多光譜傳感器的特征參數(shù)，可對水質(zhì)、土壤是否被重金屬污染以及被污染程度進(jìn)行檢測，還可對作物類別通過不同的特征進(jìn)行精準(zhǔn)分類。

現(xiàn)代世界發(fā)展進(jìn)程中，農(nóng)業(yè)科技強(qiáng)國大都在提倡精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，通過精確統(tǒng)計和分析土壤性質(zhì)，在農(nóng)作物生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)適當(dāng)加大要素投入，以最低的資金投入獲得最大的產(chǎn)出。通過這種監(jiān)測，可以合理確定農(nóng)作物生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的投入比例，從而高效調(diào)用各種農(nóng)業(yè)資源，改善農(nóng)業(yè)投入環(huán)境，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。采用微小型的無人機(jī)遙感平臺可以低成本、高靈活、快速地獲取高精度數(shù)據(jù)，完全滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的各方面要求，目前已成為農(nóng)田作物信息快速獲取的方法之一。該技術(shù)可以客觀、準(zhǔn)確、及時地提供作物生態(tài)環(huán)境和作物生長的各種信息，其是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)獲得田間數(shù)據(jù)的重要來源。

2.4 農(nóng)作物病蟲害、災(zāi)害監(jiān)測 利用無人機(jī)遙感技術(shù)，從空中對農(nóng)作物進(jìn)行監(jiān)測，有利于推動農(nóng)業(yè)向精準(zhǔn)化方向發(fā)展。農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測的主要對象是農(nóng)作物和土壤現(xiàn)狀。對病蟲害的監(jiān)測，需要對多光譜傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，因為作物遭受病蟲害侵襲的位置，其光譜特征會發(fā)生多樣變化，不同于健康作物表現(xiàn)的正常特征，通過早期發(fā)現(xiàn)這些問題，及時處理，能有效避免農(nóng)作物產(chǎn)量的降低。無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)在追蹤農(nóng)作物病蟲害的情況方面，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，通過對農(nóng)作物的精準(zhǔn)監(jiān)測與統(tǒng)計，可以實(shí)時開展精準(zhǔn)治理工作，做到及時發(fā)現(xiàn)新情況，及時予以處理，也有利于早期防治。無人機(jī)監(jiān)測的基本原理是病蟲害發(fā)生時會造成農(nóng)作物的葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)從色素到水分、氮元素等方面會產(chǎn)生不同變化，由此會引起農(nóng)作物反射光譜發(fā)生一定變化。因此，有病蟲害葉片的反射光譜與正常反射光譜會有很大的不同，從可見光譜段到熱紅外光譜段差異很明顯。利用無人機(jī)遙感技術(shù)，可以對麥田的銹病情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，對獲取的遙感圖像進(jìn)行專業(yè)的判讀，確定哪些是銹病嚴(yán)重的區(qū)域，根據(jù)病害區(qū)域的大小和受損程度，確定合理的治療方案，對災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行提前預(yù)防，避免造成更大的損失。

無人機(jī)遙感技術(shù)在防災(zāi)減災(zāi)方面的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，對干旱、洪澇、低溫凍害等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的問題都能及時提供技術(shù)監(jiān)測和支持。氣候變化帶來的氣候異常，對農(nóng)作物生產(chǎn)在一定程度上是有影響的，借助無人機(jī)遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對受災(zāi)面積的精確統(tǒng)計，為監(jiān)測和定量評估受損害的農(nóng)作物提供科學(xué)的依據(jù)。農(nóng)作物受旱災(zāi)澇災(zāi)影響的面積統(tǒng)計幾乎可以實(shí)時更新，評估農(nóng)作物的損失，農(nóng)業(yè)用戶根據(jù)上述評估情況，制定有效措施，針對出現(xiàn)的災(zāi)害情況進(jìn)行苗木補(bǔ)種、灌溉、施肥或者排水等抗災(zāi)減災(zāi)措施，保證農(nóng)作物的及時補(bǔ)救。

2.5 精準(zhǔn)統(tǒng)計農(nóng)作物種植的植株數(shù)量，評估成活率 隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的推進(jìn)，在農(nóng)作物植株數(shù)量上已經(jīng)可以較為準(zhǔn)確地進(jìn)行統(tǒng)計。利用無人機(jī)遙感技術(shù)對農(nóng)作物的植株數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，評估植株成活率，相對于耗時且只能抽樣調(diào)查的手動計數(shù)，利用無人機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計會更加準(zhǔn)確、全面。通過對農(nóng)作物植株的數(shù)量和植株間距的綜合統(tǒng)計，可以分析當(dāng)前農(nóng)作物的種植密度，得出所謂的最佳生產(chǎn)距離。在某些私人農(nóng)場中，經(jīng)常會請第三方無人機(jī)農(nóng)業(yè)遙感公司對農(nóng)場的實(shí)際種植作物進(jìn)行植株統(tǒng)計，從一定程度上避免了人為因素造成不必要的損失。同時，農(nóng)業(yè)用戶可以借助無人機(jī)遙感技術(shù)，對栽種情況進(jìn)行精確分析， 重新確定如何補(bǔ)種苗木。

3 展望

無人機(jī)遙感技術(shù)是一種時空上的綜合監(jiān)測，它集無人機(jī)技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)于一體，是典型的交叉學(xué)科的應(yīng)用。通過對無人機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的綜合分析，可以看出，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮著極大的作用。從目前的發(fā)展來看，未來無人機(jī)在農(nóng)業(yè)作業(yè)的精準(zhǔn)化和智能化方向?qū)霈F(xiàn)更多新的應(yīng)用，從而推動我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。

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（責(zé)編：張宏民）