快速實時地掌握農田信息是實施精準農作的基礎。以無人機為平臺的低空遙感探測技術, 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, 因此在農田信息精準監(jiān)測領域具有廣泛的應用前景。近年來, 隨著無人機飛行平臺穩(wěn)定性增強、操作難度降低, 機載遙感設備的輕量化和多樣化, 以及遙感數據處理技術的進步, 無人機遙感在農田信息監(jiān)測領域得到了快速發(fā)展。

實施精準農作的前提是實時、準確獲取農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, 綜合應用無人駕駛飛行、遙感、遙測遙控和空間定位等技術來獲取空間信息的技術方法。在精準農業(yè)領域, 無人機遙感可用于監(jiān)測作物生長參數, 如:植被覆蓋度、葉面積指數、株高以及這些參數與產量間的相關性; 在輔助農作物決策方面, 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)控也有較高的準確性; 此外, 無人機遙感還可快速獲取農田空間位置信息, 劃分土地利用類型、定位農田邊界和基礎設施、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、應用成本低、時效性強、可重復使用等特點; 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)測范圍覆蓋了精準農業(yè)所關心的田塊尺度, 且可方便地獲取不同階段的作物和土壤信息, 在農田信息監(jiān)測領域有著傳統(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用。1、無人機飛行平臺與遙感測量技術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負荷獲取有關農田和作物的遙感數字信息, 通過對數據的后期處理、挖掘和建模, 來獲取農作物長勢、農田環(huán)境等信息。

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

3 無人機遙感在農田信息監(jiān)測中的應用

無人機可搭載的遙感傳感器多種多樣, 可以獲取多維度、高精度的農田信息, 實現多類農田信息的動態(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、田間基礎設施提取)、作物生長信息(作物表型參數、營養(yǎng)指標、產量), 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)測農田信息還處于起步階段, 不僅在飛行平臺的研發(fā)、應用和管理方面存在不少問題, 而且在遙測數據的挖掘、處理、和綜合應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, 真正投入生產實踐的案例還比較少; 針對大田作物生長的階段性特點, 現有的研究對于周期性的農田信息獲取仍急需完善; 多載荷無人機雖然已經投入使用, 但獲取的數據尚未充分實現多源數據的綜合應用; 由于獲取遙感數據缺少快速的處理方法和管理技術指導平臺, 高精度、高階數據的有效信息未能完全發(fā)掘。

5 結語

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,在農田信息監(jiān)測中的研究和應用方興未艾, 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, 尤其適合中尺度農田的數字信息快速獲取。在可以預見的未來, 通過無人機飛行平臺、機載多源信息采集技術、數據挖掘和建模技術、決策支持技術平臺等方面的發(fā)展完善, 無人機遙感技術有望在農業(yè)和相關領域中得到更廣泛、更深入的應用。

本文來源：土壤學報