小型無人機遙感技術在精準農業中的應用探討

陳 藝

（廣東省現代農業裝備研究所，廣東 廣州 510000）

小型無人機遙感主要是通過微型傳感器運用通訊、定位技術達到快速獲取目標地或者事物相關數據信息的目的，進而對所獲取到的信息數據開展后期處理工作，使其應用于不同行業的發展。近年來，隨著我國農業經濟的飛速發展，小型無人機遙感技術的應用得到了較大范圍的普及，加強小型無人機遙感在精準農業中的應用探究，并研究未來技術發展趨勢，是推動我國農業生產和管理實現創新發展的重要措施，也是提升小型無人機遙感在農業領域應用水平的必要研究。

1 小型無人機遙感技術特點分析

小型無人機遙感技術系統包含無人駕駛的飛行平臺、遙感傳感器、能量控制、信息數據傳輸、影響處理等系統。無人駕駛的飛行平臺主要分無人直升機、多旋翼無人機、固定翼無人機、混合翼無人機4 種。小型無人機主要指荷載能力低于15 kg、飛行高度低于3 km、飛行速度低于33 m/s 的無人機型。依據不同領域的實際應用需求，在小型無人機平臺上搭載相應的微型傳感設備，獲取相應的信息數據。微型傳感器具有體積較小、質量較小、功耗較低、較高安全性能等特點。當前常見微型傳感器主要包含數碼相機、高光譜相機、多光譜相機、激光雷達、熱紅外掃描儀等。信息傳輸系統將獲取到的相關信息生成影像、數字模型、光譜指數等信息結果，并將其應用于農業生產或管理活動之中。

2 小型無人機遙感在精準農業中的應用探討

2.1 在監測農田空間信息方面的應用

小型無人機遙感在監測農田空間信息方面主要可以完成對農田基本地塊的地理坐標信息采集，還可以對農田中所種的農作物實施分類，使上述2方面信息數據融合，用于計算不同農作物實際種植面積，具有較為精準的計算特點。在農田空間信息監測方面，可以通過無人機平臺攜帶的高清數碼照相機等傳感設備，對農田空間信息開展高效、精準識別與信息判定。除此之外，隨著無人機遙感技術在空間構型測量技術的發展與應用，農田空間監測工作不斷進入高程信息發展階段，在空間信息分辨率方面實現了較大提高，進而促進農田空間監測數據不斷向精細化方向發展。

2.2 在監測農作物生產狀態方面的應用

一是用于監測農作物的表型參數信息。主要監測葉面積指數，也就是單位農田地表中單面綠葉面積總和信息，反映農作物開展光合作用的效果。小型無人機遙感技術可以通過多光譜數據采集技術探測地表農作物種植指數，通過對光譜參數進行相應的信息數據提取，計算地表植被指數，進行模型構建。該技術在近年來不斷應用于空間構型方面的測量研究，以王東亮為代表的相關研究人員在呼倫貝爾草原開展了實地研究工作，主要研究無人機自身飛行高度對于監測草層高度和覆蓋率信息的影響。二是用于獲取農作物生產過程中營養指標相關信息。小型無人機遙感技術利用不同農作物所產生的差異性光譜反射吸收特點，對不同類型的農作物所具有的氮素含量、葉綠素等信息指標實施診斷和判別。比如葉綠素對430～460 nm 的藍紫光以及640～663 nm 的紅光具有較強的吸收特點。可以通過分析顏色、文理等信息對農作物營養情況開展研究。當前較為成熟的研究成果主要有以葉綠素含量為監測數據建立的預測模型等。三是監測農作物產量。當前大多數研究是在對多種因素開展綜合分析的基礎之上不斷向著具有高預測精度的產量預估技術發展。以趙曉天為代表的研究人員在開展農作物監測數據信息采樣之上，根據不同空間尺度獲取的高光譜信息數據，建構了農作物指數與產量模型。該模型主要通過精度曲線的變化趨勢開展預測，進而得出最佳農田空間尺度面積。

2.3 在監測影響農作物生長因素方面的應用

農作物生長過程中主要有3個影響因素需要小型無人機遙感技術監測。一是利用熱紅外監測技術進行農田濕度監測。在農作物高度覆蓋的農田中，農作物會關閉葉片氣孔降低蒸騰作用過程中水分的流失，進而使得農田區域的地表熱通量不斷增加，導致農作物冠層溫度不斷升高。對冠層溫度實施監測需要注意裸露土壤。當前很多研究人員不斷研究裸土溫度與農作物地表覆蓋度兩者間的關系，以更為精準地獲取裸土因素對冠層監測數據的具體影響，提升農田濕度監測信息數據的精準度。二是農作物生長過程中的病蟲害監測。小型無人機遙感利用近紅外光譜所具有的發射效果來探測農田植被生長過程中的病蟲害問題，主要研究農作物葉片位于近紅外區域時發射出的海綿組織以及柵欄組織情況。受到病蟲害侵蝕的農作物葉片當中的上述兩組織會表現出萎縮打蔫現象，在成像信息中會表現出較為顯著的降低或缺失。除此之外，熱紅外監測溫度數據也具有一定的監測病蟲害信息的作用。健康農作物的蒸騰作用會受到葉片氣孔關閉的影響，而病蟲害侵蝕之后，葉片會出現病理變化，影響蒸騰作用，造成葉片溫度顯著升降的變化特點。三是其他影響因素信息。開展農藥使用效果監測，以棉花種植為例，通過對NDVI信息指數的分析判斷棉花的成熟期葉片所具有的老熟程度，對所施農藥效果進行判斷，防止農藥過量使用情況發生。

3 小型無人機遙感在精準農業中的應用趨勢研究

小型無人機遙感技術在我國農業領域中的應用還處于初期階段，在應用技術管理方法等方面存在較大的提升空間。小型無人機遙感技術在精準農業中的應用過程需要從成本管理、無人機飛行穩定性、操控能力、信息數據獲取以及處理技術等方面開展深入研究。

3.1 搭建更加便捷、成本低廉的技術平臺

提高無人機操控平臺穩定性，使其可以和傳感器實現更加穩定、協調的配合，從而有效提升農田信息監測水平。當前我國小型無人機遙感技術的應用受到成本高、運行穩定性差、惡劣天氣影響大等方面因素的影響，并且存在遙感操控平臺設計復雜、對人員依賴性較高等問題，使得小型無人機遙感技術在農田監測工作中的應用受到較大限制。由此可見今后搭建操控更加便捷、成本更加低廉、穩定性更高的無人機技術平臺是重要的發展趨勢之一。

3.2 對農作物生產情況實施周期性監測

當前小型無人機遙感在精準農田信息監測中的應用缺乏周期性和連續性，而農作物生長具有十分明顯的周期性和連續性特點，不同生長階段的生長參數、指標數據具有差異性。以單一或少量生育期農作物生長信息建立的模型不具有代表性。以棉花生育期不同適用性模型的構建為例，需要對其分階段開展相關信息數據的分析與判斷。對農作物同一生長參數的監測也會由于生長周期方面的差異性而受到較大影響。今后小型無人機遙感技術研究需要重點開展農作物生長周期以及連續性信息數據方面的研究，通過開展周期性監測來提升監測的精準度。

3.3 提升多元化信息數據的利用效率

農田信息具有多樣化特點，應用小型無人機遙感技術需要以多元化信息數據為基礎，開展各類信息數據的分析與研究，進而得出更加全面、精準的結論。將不同遙感信息綜合管理和應用，是當前遙感技術研究的重要內容和方向。以激光雷達遙感技術的研究為中心，通過高分辨率照相機、高光譜成像儀器以及熱成像儀等傳感設備的應用與發展所獲取的植株高度、寬幅、葉面長度和寬度等信息，可以建立更加全面的農作物生長模型，提升高通量農作物表型信息測量，進而為基因組學以及生物學等分析研究工作提供更加全面的信息數據。在開展農田信息監測過程中，在有農作物覆蓋的農田中所獲取的遙感信息數據和農作物的實際狀態之間的聯系更為緊密，而當前小型無人機遙感技術在超高空間分辨率方面的發展具有一定的滯后性，受農作物生長初期地表覆蓋度低等情況的干擾，存在一定的分辨能力差等問題。因此，為了更好地提升信息精準度，開展海量數據的采集、分析與處理也是當前重要的遙感信息數據研究方向與內容。

4 結語

小型無人機遙感是具有靈活機動、操控簡單、超高空間分辨率、應用成本低等特點的創新型信息監測技術，將其應用于農田信息監測和管理工作，是我國信息和科技技術進步的必然趨勢。當前小型無人機遙感技術受成本、操控技術、傳感技術、信息數據應用等方面的限制較大，在實際應用過程中存在一定問題，將其應用于精準農業還需要進行簡化操控平臺、降低生產成本、研究周期性監測以及提升多元化信息數據利用效率等方面的技術研究，以促進小型無人機遙感在精準農業中的應用效率和質量。