小型無人機遙感技術在精準農業中的應用

靳富剛

（三和數碼測繪地理信息技術有限公司，甘肅 天水 741000）

隨著遙感技術被大量應用于農業生產中，對作物的監測只需要利用無人機收集整片農田的近紅外圖像，就能精準地獲取作物的光譜特征數據，通過結合這些數據信息實現對作物具體生產狀態的判斷。作為空中檢測技術，農業遙感技術主要以作物和土壤為對象，借助可見光-近紅外光譜的反射特性，從作物色素、細胞結構、含水率等方面對作物長勢、作物品質、作物病害蟲等方面進行檢測。精準農業是指結合各大農作物生長的土壤，對作物的投入加以調節，在明確田塊當中土壤以及生產力空間變異情況的基礎上，確定好農作物主要的生產目標，以最低的投入獲取更高的收益。因此，為了更好地滿足精準農業的基本需求，就要在內部引入小型無人機遙感技術，充分發揮其機動性以及經濟性，為精準農業的發展奠定堅實基礎。

1 小型無人機遙感技術與精準農業概述

1.1 小型無人機遙感技術概述

對小型無人機遙感系統進行全面分析可知，其涉及的構成單位相對較為復雜，不僅涉及傳感器以及自動化飛行平臺等內容，還囊括地對空控制系統、操作系統以及無人機影像傳輸系統等內容。通常情況下，在小型無人機所搭載的設備當中，質量都需要穩定控制在15 kg以內，并且無人機飛行高度也不能超過3 000 m。在實際飛行過程中，最大速度也要結合實際情況進行穩定控制[1]，而如果應用場景與應用需求方面出現變化，就應當選擇好不同類型的傳感器，確保對應的遙感數據信息能夠被及時獲取。另外，通過對小型無人機進行分析可以看出，無人機也會受到部分客觀因素的約束，特別是在荷載能力方面，必須滿足遙感傳感器的基本需求，比如質量較輕以及功耗較小等。而在目前的發展進程中，應用更為廣泛的無人機遙感傳感器主要為激光雷達，其在數據信息傳輸系統以及處理系統的輔助作用下，形成對應的遙感影像、光譜指數以及相關模型，這部分都屬于遙感的產出結果，其結果能夠應用在后續的農作物調查以及產量評估等工作當中。在具體的工作流程方面，應用小型無人機遙感技術獲取目標信息，可分為3個不同階段：一是前期準備階段。在此階段應當有效完成飛行空域申請以及條件判定等工作，在無人機正式起飛之前，要對區域內部的各類信息進行更加廣泛的收集，主要是地區的地形以及地區的具體環境等，還應當針對飛行任務的具體著落點進行事前調查，從而確定好對應的降落點。此外，在正式飛行前工作人員也要對無人機設備的系統參數進行適當的調整優化。二是數據信息的獲取階段。在此階段中主要就是無人機的操作人員應結合確定好的參數來執行飛行任務，通過實時監控數據來加以調整。三是數據信息處理階段。此階段中的主要任務是對采集到的圖像用計算機設備加以處理，從而形成更加完整的產品[2-3]。

1.2 精準農業概述

精準農業屬于目前農業發展的主要趨勢，通過信息化技術的應用來輔助精準農業的運轉，在實際工作過程中其涉及定位與定量工作，需要用空間變異的方式對其進行適當的引導。從實際情況看，精準農業就是以各類農作物的生長土壤為基礎內容，以此對農作物耕種過程中存在的各種人為因素進行適當的調節

優化。而在正式進行農作物耕種之前，則要針對土壤內部各類微量元素的含量以及生產力進行準確調查，這部分調查工作也要在土壤產生變異之前完成，確保調查結果具備更高的真實性與有效性。還要進一步明確農作物的具體產量目標，以此為基礎來實現更為系統化的診斷與科學化的管理控制，保證土壤內部的生產力可以滿足目標需求，以更低的投入獲取更高的收益。此外，其對環境也起到了一定程度的改善優化作用，通過高效應用各類農業資源，可以及時獲得相關的環境效益以及經濟效益[4-5]。

2 小型無人機遙感技術在精準農業中的應用

2.1 農作物的精準識別

從實際情況看，農作物識別是后續針對作物面積進行測算的關鍵所在，可以為精準農業的順利開展提供主要的參考依據。相對于以往的地面調查模式來說，小型無人機遙感技術有著較為顯著的高效性，而相對于微型遙感識別技術來說，無人機在抗干擾性方面能力相對較強，這種技術在實際應用過程中可以提供較為準確的結構數據信息以及紋理信息，這也使得其在地物分類數據信息的收集過程中得到了較為廣泛的應用。而在目前農業領域的發展進程中，以小型無人機遙感技術為獲取各類影像信息的基礎，確保高效提取農作物種植信息，已經成為當前的主要發展目標。從遙感類型看，可以將其劃分為兩種不同類型：一種是基于像元的方法，另一種是基于面向對象的方法。第一種方式主要通過搭載冠層相機的無人機平臺，實現對于那些分辨率較高的遙感影像的全面收集，以此為基礎來對農作物自身所具備的波譜特征變化情況進行深入分析；而第二種方式則是要通過無人機航拍影像所具備的光譜特征以及幾何特征，針對各類農作物進行科學合理的分類，利用無人機設備所收集到的數字模型等內容，實現對梯田的自動化識別[6]。

2.2 病蟲害的監測

如果在農業的生產階段中出現了范圍較大的病蟲害現象，就會對后續的作物產量產生嚴重影響，導致農作物的葉片色素與冠層結構之間出現較為顯著的變化。而通過小型無人機遙感技術的應用，就可以對各大波段光譜特征進行動態化的監測，從而判斷病蟲害的危害程度，為后續精準化農業管理工作的順利開展提供科學合理的指導，在逐步降低生產損失的基礎上，減少各類農藥的使用量，使得環境效益可以實現最優化轉變。而在利用無人機遙感技術對病蟲害加以檢測的實際過程中，應當將病蟲害的識別以及后續的時空檢測作為主要研究目標。首先，通過無人機的航空圖像，對農田病蟲害進行全面監測，通過敏感波段光譜的反射率以及病情指數的回歸模型，可以監測病蟲害的具體發生情況，并準確判斷出病蟲害的主要影響范圍。其次，通過多光譜航空影像數據信息，可以實現對病蟲害的準確定位。最后，采用多源化的數據信息逐步提取植被指數，并完成對葉綠素具體含量的反演，從而為遙感參數的診斷與應用提供與之對應的參考對象[7]。

2.3 農作物的監測

可以利用小型無人機遙感技術自身所具備的監測功能監測農田作物數據、農田土壤、農作物品質等，連續性地、動態性地掌握農田作物的長勢情況，實現對農田農作物定量、定性、定位的描述分析，從而達到精準作業的目的。在針對農作物進行監測的實際過程中，其囊括的內容主要是農作物在生產參數方面出現的變化以及農作物內部的具體元素含量。可以通過無人機平臺來更好地獲取水稻冠層的特征信息，還能將這種方式應用在水稻的養分診斷當中。并且無人機平臺可以利用自身的紅外影像功能，實現對農作物生長情況的準確監測，并計算出各個區域當中農作物的具體生長參數。通過統一化指標對作物的具體生長情況進行量化處理，以此為基礎來提出針對性的改進措施，保證農作物可以達到預期的收益。除此之外，還要將植被以及土壤所具備的光譜特征當作分析的主要內容，并對農作物的生育期進行深入的監測與研究，利用多光譜遙感影像植被覆蓋度計算，實現對植被覆蓋程度的準確判斷[8]。

3 小型無人機遙感技術在精準農業的應用趨勢3.1 遙感信息處理的智能化與自動化

在小型無人遙感技術的應用過程中，針對部分指定物質影像資料以及數據信息的獲取，都可以利用小型無人機遙感系統來進行全面獲取。通過對具體影像進行的深入分析可知，各大影像都存在傾角無法重疊以及幅寬比較小等問題，這樣就會加大后續工作的開展難度。因此，這就需要利用小型無人機遙感技術實現對各大影像的自動化處理，從根本上提高影像的獲取質量。從實際情況看，針對這方面所進行的研究，主要是以簡單的遙感

獲取數據信息為主，重點內容為光譜特征反演農作物的參數等方面，還要對遙感信息與農作物生長參數之間存在的關系加以明確。然而，由于模型自身的穩定性相對有限，這使得遙感技術的具體應用區域受到了較為顯著的限制。所以，在后續的研究階段中，就應當提高對遙感智能化與自動化的重視程度，比如如何對農作物的生長信息展開快速解析等。如果信息獲取以及解析技術可以向著全面化的方向發展，就不僅能夠為精準農業的發展提供思路，也能為后續的農業生產管理提供重要的支撐[9]。

3.2 周期性的農作物生長監測

為了保證農田監測精準程度能夠穩步提升，要在內部更加高效地采用小型無人機遙感技術，但這種技術在實際應用過程中，很容易產生連續性以及周期性較差的問題。這種連續性與周期性是農作物在生長階段中的主要特征。農作物在不同的生長階段中，其內部的參數指標也有著較為顯著的差異。如果在構建模型的過程中只采用單一化的參數，就會嚴重影響到模型自身的代表性以及全面性。如在棉花的種植過程中，其模型構建階段就可以將參數設置為處在不同生育期時，要針對各階段的信息分別進行分析與處理。同時，在對農作物的同一種生長參數進行監測的過程中，由于在生長周期方面存在的差異，導致監測數據信息也并不相同。由此可以看出，農作物的生長周期以及連續性的數據信息，已經成為目前小型無人機遙感技術中的研究重點，可以采取周期性的監測方式，以保證監測的準確度在根本上得到提升[10]。

4 結論

綜上所述，通過小型無人機遙感技術的應用，可以更好地獲取精準農業生產管理階段中所需的各類數據信息，助推傳統農業逐步向著精準農業的方向轉變。無人機遙感技術在田間尺度、農作物生長狀態的監測方面，也起到了十分重要的作用，使得各方面的數據信息可以更好地融合在一起，為后續田間的精準作業提供必要的指導，為農業的可持續發展奠定堅實基礎。