快速實時地掌握農(nóng)田信息是實施精準(zhǔn)農(nóng)作的基礎(chǔ)。以無人機為平臺的低空遙感探測技術(shù), 具有空間分辨率高、時效性強和成本低等特點, 可填補地面監(jiān)測和高空遙感間的測量尺度空缺, 因此在農(nóng)田信息精準(zhǔn)監(jiān)測領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來, 隨著無人機飛行平臺穩(wěn)定性增強、操作難度降低, 機載遙感設(shè)備的輕量化和多樣化, 以及遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進步, 無人機遙感在農(nóng)田信息監(jiān)測領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。

實施精準(zhǔn)農(nóng)作的前提是實時、準(zhǔn)確獲取農(nóng)田信息和作物生長動態(tài)。無人機遙感是一種基于無人機載遙感傳感器, 綜合應(yīng)用無人駕駛飛行、遙感、遙測遙控和空間定位等技術(shù)來獲取空間信息的技術(shù)方法。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域, 無人機遙感可用于監(jiān)測作物生長參數(shù), 如:植被覆蓋度、葉面積指數(shù)、株高以及這些參數(shù)與產(chǎn)量間的相關(guān)性; 在輔助農(nóng)作物決策方面, 無人機遙感可用于診斷作物營養(yǎng)狀況和田間墑情信息, 對于病蟲害的監(jiān)控也有較高的準(zhǔn)確性; 此外, 無人機遙感還可快速獲取農(nóng)田空間位置信息, 劃分土地利用類型、定位農(nóng)田邊界和基礎(chǔ)設(shè)施、量算種植面積等的精度遠高于傳統(tǒng)測量方法。與高空遙感相比, 無人機遙感具有空間分辨率高、應(yīng)用成本低、時效性強、可重復(fù)使用等特點; 與傳統(tǒng)的田間定位監(jiān)測相比, 無人機遙感具有信息采集快捷、空間覆蓋率高等特點。尤其是其監(jiān)測范圍覆蓋了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)所關(guān)心的田塊尺度, 且可方便地獲取不同階段的作物和土壤信息, 在農(nóng)田信息監(jiān)測領(lǐng)域有著傳統(tǒng)點位監(jiān)測、航空和衛(wèi)星遙感無法比擬的優(yōu)勢, 得到越來越廣泛的研究和應(yīng)用。1、無人機飛行平臺與遙感測量技術(shù)無人機遙感以無人駕駛飛機為探測平臺, 利用搭載的各種任務(wù)負荷獲取有關(guān)農(nóng)田和作物的遙感數(shù)字信息, 通過對數(shù)據(jù)的后期處理、挖掘和建模, 來獲取農(nóng)作物長勢、農(nóng)田環(huán)境等信息。

2 、無人機遙感數(shù)據(jù)處理與建模方法成像光譜與空間構(gòu)型數(shù)據(jù)在處理流程、建模方法和結(jié)果應(yīng)用上均不相同, 前者以提取特征信息建立參數(shù)反演模型為目的, 后者則能夠建立測區(qū)三維空間結(jié)構(gòu)模型。成像光譜數(shù)據(jù)中的高光譜獲取的是不限波段范圍的窄間隔連續(xù)光譜數(shù)據(jù), 因此數(shù)據(jù)量大, 波段提取和信息壓縮是高光譜數(shù)據(jù)處理的首要任務(wù)。熱紅外獲取的是2.5~14 μm波段的數(shù)據(jù), 包括連續(xù)和非連續(xù)的數(shù)據(jù)。由于該波段與溫度關(guān)系密切, 數(shù)據(jù)處理也以提取溫度信息為主要目標(biāo)?？臻g構(gòu)型數(shù)據(jù)中, SfM方法基于可見光攝影測量, 解算后的數(shù)據(jù)是帶有色彩信息的三維空間坐標(biāo), 基于激光直接測量的LiDAR技術(shù)獲取的則僅有空間位置信息。

3 無人機遙感在農(nóng)田信息監(jiān)測中的應(yīng)用

無人機可搭載的遙感傳感器多種多樣, 可以獲取多維度、高精度的農(nóng)田信息, 實現(xiàn)多類農(nóng)田信息的動態(tài)監(jiān)測。這些信息主要包括作物空間分布信息(農(nóng)田定位、作物種類識別、面積估算及變化動態(tài)監(jiān)測、田間基礎(chǔ)設(shè)施提取)、作物生長信息(作物表型參數(shù)、營養(yǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量), 以及作物生長脅迫因子(田間墑情、病蟲害)動態(tài)等。

4 存在問題與發(fā)展方向

目前利用無人機監(jiān)測農(nóng)田信息還處于起步階段, 不僅在飛行平臺的研發(fā)、應(yīng)用和管理方面存在不少問題, 而且在遙測數(shù)據(jù)的挖掘、處理、和綜合應(yīng)用方面也具有極大的提升空間。首先, 無人機的一次性投入成本較高, 飛行穩(wěn)定性受氣象條件、操控人員能力、甚至飛行政策等因素的制約, 真正投入生產(chǎn)實踐的案例還比較少; 針對大田作物生長的階段性特點, 現(xiàn)有的研究對于周期性的農(nóng)田信息獲取仍急需完善; 多載荷無人機雖然已經(jīng)投入使用, 但獲取的數(shù)據(jù)尚未充分實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用; 由于獲取遙感數(shù)據(jù)缺少快速的處理方法和管理技術(shù)指導(dǎo)平臺, 高精度、高階數(shù)據(jù)的有效信息未能完全發(fā)掘。

5 結(jié)語

無人機遙感作為一種新型的高空間、時間分辨率的信息監(jiān)測技術(shù),在農(nóng)田信息監(jiān)測中的研究和應(yīng)用方興未艾, 目前尚存在不少的問題。但與傳統(tǒng)地面定點監(jiān)測和高空遙感監(jiān)測相比, 無人機遙感監(jiān)測的空間尺度和精度優(yōu)勢顯著, 尤其適合中尺度農(nóng)田的數(shù)字信息快速獲取。在可以預(yù)見的未來, 通過無人機飛行平臺、機載多源信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘和建模技術(shù)、決策支持技術(shù)平臺等方面的發(fā)展完善, 無人機遙感技術(shù)有望在農(nóng)業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域中得到更廣泛、更深入的應(yīng)用。

本文來源：土壤學(xué)報