淺談無人機(jī)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用價(jià)值

田勇+陳可鑫+劉紫陽

摘 要：當(dāng)今無人機(jī)飛防服務(wù)勢頭正勁，載著藥罐的無人機(jī)已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，但與此同時(shí)，農(nóng)用無人機(jī)的另一個(gè)潛在應(yīng)用也不容忽視——農(nóng)業(yè)遙感。遙感被認(rèn)為是農(nóng)用無人機(jī)的另一個(gè)潛在市場，隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)步伐的加快，遙感代表著農(nóng)用無人機(jī)的另一個(gè)廣闊未來。那么無人機(jī)遙感到底能為農(nóng)業(yè)做些什么？在此筆者查閱了相關(guān)資料，在此淺談一下無人機(jī)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)檢測病蟲害、土壤屬性分析等應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵字：無人機(jī)；遙感；農(nóng)業(yè)

1 監(jiān)測病蟲害

病蟲害是影響作物產(chǎn)量的直接因素，是世界各國的主要農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一。大規(guī)模的病蟲害會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，世界糧食產(chǎn)量因病蟲害造成的損失占糧食總產(chǎn)量的20%以上。

利用遙感監(jiān)測技術(shù)跟追病蟲害進(jìn)展情況，有利于展開精準(zhǔn)治理工作，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，也有利于早期防治。其原理是，病蟲害會(huì)造成作物葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)色素、水分、氮元素等性質(zhì)發(fā)生變化，從而引起反射光譜的變化，所以病蟲害作物的反射光譜和正常作物可見光到熱紅外波段的反射光譜有明顯差異。

在美國、澳大利亞等地，用無人機(jī)遙感監(jiān)測并不罕見。比如，美國有種植戶用無人機(jī)監(jiān)測的麥田銹病情況，從中可以明顯看出哪里是重災(zāi)區(qū)。也有人用無人機(jī)查看苜蓿地里的菟絲子（一種惡性寄生性雜草，主要寄生于苜蓿等豆科作物，苜蓿生長易受到惡性雜草菟絲子的嚴(yán)重危害，常造成苜蓿植株成片死亡），從而能在災(zāi)害大規(guī)模爆發(fā)前做到提早預(yù)防。

2 土壤屬性分析

當(dāng)今，世界農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化大國都在提倡精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，要求根據(jù)土壤性狀，在作物生長過程中調(diào)節(jié)對作物的要素投入，以最低的投入達(dá)到最高的產(chǎn)出，并高效利用各類農(nóng)業(yè)資源，改善環(huán)境，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

作為空中監(jiān)測技術(shù)，農(nóng)業(yè)遙感是推動(dòng)農(nóng)業(yè)走向精準(zhǔn)化的有利手段。農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測主要以作物、土壤為對象。作物在可見光-近紅外光譜波段中，反射率主要受到作物色素、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和含水率的影響，特別是在可見光紅光波段有很強(qiáng)吸收波段，在近紅外波段有很強(qiáng)的反射特性，可以被用來進(jìn)行作物長勢、作物品質(zhì)、作物病蟲害等方面的監(jiān)測。土壤可見-近紅外光譜總體反射率相對較低，在可見光譜波段主要受到土壤有機(jī)質(zhì)、氧化鐵等賦色成分的影響。因此，土壤、作物等地物固有的反射光譜特性是農(nóng)業(yè)遙感的基礎(chǔ)。

在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，有一個(gè)重要的概念叫做歸一化植被指數(shù)。根據(jù)專業(yè)解釋，歸一化植被指數(shù)是反映農(nóng)作物長勢和營養(yǎng)信息的重要參數(shù)之一，計(jì)算方式是近紅外波段的反射值與紅光波段的反射值之差比上兩者之和。歸一化植被指數(shù)可以為改善作物健康提供參考依據(jù)，比如告訴你農(nóng)田是否需要額外施肥。

美國一家專門分析土壤樣本的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)公司Heartland Soil Services，正在嘗試將無人機(jī)遙感測繪的歸一化植被指數(shù)（NDVI）圖與土壤取樣分析相結(jié)合，從而生成土壤營養(yǎng)元素圖。這種將二者結(jié)合的方法，相較于原來的只靠土壤取樣分析法（每兩英畝取一個(gè)樣本）更加詳細(xì)和精準(zhǔn)。

3 統(tǒng)計(jì)分析植株數(shù)量和成苗率

無人機(jī)遙感測繪的另一個(gè)用途是統(tǒng)計(jì)植株數(shù)量。相比于耗時(shí)且只能抽樣調(diào)查的手動(dòng)計(jì)數(shù)，無人機(jī)統(tǒng)計(jì)更加全面，準(zhǔn)確性更高。

據(jù)報(bào)道，2016年6月，基于云計(jì)算的無人機(jī)軟件和制圖解決方案供應(yīng)商Drone Deploy、農(nóng)業(yè)合作分析公司Aglytix和農(nóng)業(yè)技術(shù)公司AgriSens合作，為農(nóng)作物提供生長分析工具，通過農(nóng)作物數(shù)量統(tǒng)計(jì)、農(nóng)作物占地面積來分析當(dāng)前農(nóng)作物是否為最佳生長距離。

在2016年的植物生長季，加利福尼亞北部的一家私人農(nóng)場請來第三方公司為農(nóng)場74英畝的耕地移植了數(shù)萬番茄植株。為了避免該公司沒有嚴(yán)格按照移植數(shù)量收費(fèi)，私人農(nóng)場工作人員利用AgriSens公司的無人機(jī)應(yīng)用軟件快速實(shí)現(xiàn)了數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

除此之外，用戶也可以借助無人機(jī)遙感測繪的硬件和軟件技術(shù)，分析新栽培植株的成苗率，以確定重新栽種方案。

4 自然災(zāi)害后作物受損評估

農(nóng)作物的整個(gè)生長發(fā)育過程與氣象息息相關(guān)，氣候變化和災(zāi)害性天氣是直接影響糧食生產(chǎn)和農(nóng)民增收，影響農(nóng)業(yè)的平穩(wěn)快速發(fā)展。不可避免的自然災(zāi)害發(fā)生后，遙感技術(shù)可以用于評估暴風(fēng)雨和冷凍災(zāi)害后受損情況。

作物遭受冷凍害后，體內(nèi)葉綠素活性會(huì)減弱，對近紅外光和紅光的敏感度下降會(huì)導(dǎo)致植被指數(shù)發(fā)生變化，因此植被指數(shù)差異分析主要是通過受災(zāi)前后植被指數(shù)的差值來判斷受災(zāi)情況。

在暴風(fēng)雨災(zāi)害中，研究表明，水浸后的植被可見光波段反射增強(qiáng)，近紅外波段減弱。且近紅外波段和熱波段的組合可以識(shí)別水浸和健康谷類作物。

在伊利諾伊州的一場強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降雨天氣中，該州中部地區(qū)105英畝（613畝）的谷物發(fā)生不同程度損害。無人機(jī)服務(wù)Overhead Ag公司利用無人機(jī)技術(shù)生成災(zāi)后評估報(bào)告，詳細(xì)標(biāo)出了輕微受損區(qū)、中度受損和重度受損區(qū)，并且計(jì)算出了各自面積和所占比例，讓農(nóng)戶可以直觀了解災(zāi)后損失情況。

5 總覽梯田概況，便于及時(shí)整改

梯田是在坡地上沿等高線分段建造的階梯式農(nóng)田，其是一種重要的水土保持措施，具有保水、保土、保肥的作用。作為坡耕地治理措施的一種，修建梯田可以通過減緩地形坡度、縮短坡長來改變坡面的小地形，進(jìn)而有效治理坡耕地水土流失。所以，及時(shí)獲得梯田的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，可以為梯田建設(shè)成效評價(jià)、水土流失防止、水土資源合理利用等提供科學(xué)依據(jù)。

利用遙感技術(shù)生成的高分辨率影像對水土保持進(jìn)行檢測，有利于提取更詳盡的水土保持措施。利用無人機(jī)生成高程圖可以直觀看到梯田的整體布局，便于梯田管理者隨挖隨填，及時(shí)整改階地和排水系統(tǒng)。

其實(shí)衛(wèi)星遙感手段已經(jīng)發(fā)展已久，但衛(wèi)星易受到天氣環(huán)境影響，且軌道周期較長。比較而言，無人機(jī)靈活性更強(qiáng)、易部署。相信隨著無人機(jī)平臺(tái)、傳感器和軟件技術(shù)的進(jìn)一步提升，未來無人機(jī)作為衛(wèi)星等其他遙感平臺(tái)的補(bǔ)充手段，可以幫助在農(nóng)業(yè)構(gòu)建起更加完整的監(jiān)測網(wǎng)。

6 結(jié)束語

無人機(jī)遙感技術(shù)在在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用價(jià)值是遙感技術(shù)、農(nóng)業(yè)、無人機(jī)三者的一個(gè)交叉領(lǐng)域，無人機(jī)遙感技術(shù)不只只用在農(nóng)業(yè)上，其在巡檢、測繪、搜救等行業(yè)都會(huì)用到，隨著遙感技術(shù)的成熟在這些領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)揮巨大作用，也是未來我們需要研究的課題。

參考文獻(xiàn)

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