糧食產(chǎn)量監(jiān)測無人機(jī)調(diào)查的實踐與思考

□ 趙 彤 祝曉強(qiáng)

無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。無人機(jī)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)航測、電力巡邏、交通監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、土地巡邏、農(nóng)業(yè)植保、災(zāi)后救援、視頻拍攝等方面，可以有效提高工作效率，節(jié)省人力成本，降低工作風(fēng)險。近三年來，臺州糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測播種面積調(diào)查從傳統(tǒng)的“對戶調(diào)查”向“天地空”多方位多角度調(diào)查轉(zhuǎn)變。通過太空的高分遙感影像大數(shù)據(jù)和北斗衛(wèi)星定位技術(shù)、低空的無人機(jī)航拍和地面的PDA 調(diào)查，實現(xiàn)“人、車、機(jī)”多路協(xié)同，建立面向未來的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)統(tǒng)計對地抽樣調(diào)查體系。

| 無人機(jī)調(diào)查體系應(yīng)用試點取得成效

由于臺州屬于“七山一水兩分田”地形，山區(qū)和平原差異大。一個樣方內(nèi)一般有100—200 個地塊，且很多樣方在山區(qū)，山高路險，路上時間較長，調(diào)查員手持PDA 開展調(diào)查需要2—3 個小時。加之存在個別年輕調(diào)查員對主要農(nóng)作物不熟悉導(dǎo)致填錯，或者根據(jù)個人經(jīng)驗估算種植面積不準(zhǔn)等情況。因此，“空間遙感測量，野外現(xiàn)場調(diào)查”模式對解決樣方內(nèi)地塊較為破碎、農(nóng)作物類型復(fù)雜的現(xiàn)實問題成效顯著。通過無人機(jī)智能調(diào)查系統(tǒng)試點，獲取現(xiàn)勢無人機(jī)影像，通過無人機(jī)影像及野外調(diào)查解譯結(jié)果為人工智能主要農(nóng)作物自動識別提供模型訓(xùn)練素材。

（一）臺州無人機(jī)試點歷程

從2020 年開始，國家統(tǒng)計局浙江調(diào)查總隊在糧食產(chǎn)量調(diào)查中開展無人機(jī)調(diào)查試點項目，利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，開展糧食產(chǎn)量無人機(jī)智能調(diào)查系統(tǒng)的測試，臨海市、玉環(huán)市開展無人機(jī)智能調(diào)查系統(tǒng)試點。2022 年，新增黃巖區(qū)、仙居縣、溫嶺市等3 個縣（市、區(qū)）開展無人機(jī)智能調(diào)查試點。通過建立可靠的主要農(nóng)作物人工智能識別模型，實現(xiàn)自動化農(nóng)業(yè)野外調(diào)查，減少農(nóng)業(yè)調(diào)查人力投入，提高農(nóng)業(yè)調(diào)查工作效率。2023 年，臺州市糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測工作協(xié)調(diào)小組辦公室下發(fā)《關(guān)于做好新一輪糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測工作設(shè)備采購更新的通知》文件，要求新增縣（市、區(qū)）高度重視無人機(jī)智能調(diào)查工作，做好人員、經(jīng)費和物資等保障工作。2023年糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測新樣本正式啟用后，全市5 個縣（市、區(qū)）共30 個樣方開展無人機(jī)智能調(diào)查試點工作。

（二）無人機(jī)裝備情況

各地強(qiáng)化與地方財政部門溝通，積極爭取設(shè)備購置及人員工作經(jīng)費，現(xiàn)試點縣（市、區(qū)）均已配齊無人機(jī)設(shè)備和手持移動終端，確保無人機(jī)智能調(diào)查工作高質(zhì)量完成。臺州隊及時聯(lián)系大疆無人機(jī)在浙銷售公司，詳細(xì)溝通無人機(jī)功能及各項飛行參數(shù)，根據(jù)臺州靠海，且多山、多雨、多云霧等特點，擇優(yōu)選定大疆經(jīng)緯M30、御3 等行業(yè)版機(jī)型，協(xié)調(diào)指導(dǎo)試點縣（市、區(qū)）開展無人機(jī)采購。目前全市共有5 臺無人機(jī)用于糧食播種面積野外調(diào)查，其中2023 年新增大疆無人機(jī)3 臺。

（三）農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車應(yīng)用情況

農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車采用非承載式底盤，實現(xiàn)全時四驅(qū)越野型，能夠在各種野外條件下運(yùn)行。車載設(shè)備包括供電系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、RPV 采集器、車載電腦工作站系統(tǒng)、車載高清監(jiān)視器和農(nóng)作物快速調(diào)查設(shè)備（無人機(jī)系統(tǒng)）。發(fā)揮專用平臺在調(diào)查運(yùn)轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用等方面的作用。根據(jù)國家統(tǒng)計局農(nóng)村司《關(guān)于開展農(nóng)產(chǎn)量快速實地調(diào)查專用平臺綜合應(yīng)用試點工作的函》要求，浙江調(diào)查總隊于2020 年5 月組織開展農(nóng)產(chǎn)量快速實地調(diào)查專用平臺綜合應(yīng)用試點，以提升農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車的綜合應(yīng)用能力，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車快速到達(dá)調(diào)查現(xiàn)場，協(xié)同調(diào)度使用無人機(jī)等車載設(shè)備開展現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理、現(xiàn)場生產(chǎn)成果等綜合應(yīng)用為目標(biāo)，滿足農(nóng)作物面積調(diào)查、農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查、實割實測、快速調(diào)研、救災(zāi)搶險、突發(fā)事件處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等工作需要，提升調(diào)查能力。

| 臺州實踐，多管齊下

（一）培訓(xùn)到位，提升業(yè)務(wù)能力

一是執(zhí)證上崗。組織轄區(qū)內(nèi)專業(yè)人員赴杭州參加無人機(jī)行業(yè)證（UTC）培訓(xùn)考試，全員順利通過并取得無人機(jī)行業(yè)證。二是加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)。詳細(xì)講解《2023 年浙江無人機(jī)智能調(diào)查工作方案》《浙江省無人駕駛航空器公共安全管理規(guī)定》、無人機(jī)AI 智能識別程序等專業(yè)知識，提升能力水平。三是強(qiáng)化應(yīng)用訓(xùn)練。圍繞AI 慧飛智能調(diào)查系統(tǒng)、無人機(jī)設(shè)備組裝、調(diào)查線路規(guī)劃、實際飛行操作，影像拼接、處理與解譯等環(huán)節(jié)，組織人員赴調(diào)查村逐一進(jìn)行全流程獨立操作，并開展現(xiàn)場互評。四是及時對接調(diào)查程序開發(fā)公司。將調(diào)查系統(tǒng)與無人機(jī)匹配度不足等問題及時反饋給系統(tǒng)開發(fā)公司，并進(jìn)行及時修正，確保實際飛行安全，保障數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（二）實戰(zhàn)飛行，提升執(zhí)行力

一是對5 個試點縣（市、區(qū)）10 個樣本村開展無人機(jī)智能調(diào)查樣方飛行，通過AI 智能識別程序，對樣方地塊種植地物進(jìn)行智能作物識別、填報。二是利用無人機(jī)開展播種面積調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。通過對樣本村樣方進(jìn)行飛行拍攝，認(rèn)真查找個別出現(xiàn)的底數(shù)不清、地物不符、信息不準(zhǔn)等問題，并及時處理，為今后糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測工作打好基礎(chǔ)。三是開展法治宣傳。利用業(yè)務(wù)培訓(xùn)會、現(xiàn)場走訪檢查和無人機(jī)飛行實操等契機(jī)，開展現(xiàn)場說法，切實提升法治意識，確保數(shù)出有據(jù)。

| 存在的困難

（一）智能調(diào)查系統(tǒng)與無人機(jī)匹配問題

一是系統(tǒng)之間不匹配。因新款無人機(jī)與調(diào)查系統(tǒng)開發(fā)所屬公司不同，存在二者之間參數(shù)問題匹配不到位的問題，在野外作業(yè)時出現(xiàn)各種各樣的問題，導(dǎo)致工作無法順利開展。使用AI 慧飛進(jìn)行面積調(diào)查時，必須關(guān)閉后臺運(yùn)行的大疆官方飛控程序，否則兩者之間會有沖突導(dǎo)致程序無法正常運(yùn)行。二是無人機(jī)公司接口開放有限制。因為無人機(jī)機(jī)型更新很快，可能會導(dǎo)致調(diào)查系統(tǒng)不能及時更新，無法做到與新機(jī)型同步匹配。無人機(jī)公司推出新機(jī)型，飛控接口只對行業(yè)級無人機(jī)開放，因此新平臺還存在小部分功能不穩(wěn)定的問題。三是底圖配準(zhǔn)難度大。按照軟件公司提供的配準(zhǔn)流程，能夠?qū)崿F(xiàn)快速配準(zhǔn)，但底圖與樣本矢量存在偏移和扭曲，很難達(dá)到完全一致的效果，會導(dǎo)致部分航片拼接失敗。

（二）飛行面臨較多安全問題

一是地形復(fù)雜。無人機(jī)飛行中安全問題是重點，因各種原因都可能導(dǎo)致無人機(jī)出現(xiàn)飛行安全問題。比如空中各種高壓電線和變壓器、起降區(qū)域人員密集度、空中飛鳥等都會對飛行任務(wù)造成影響，因此每次飛行要做好飛行區(qū)域安全評估。二是過保無人機(jī)無法保障安全。目前大疆無人機(jī)“隨心換”只能保險2 年，“隨心換”只保障正常使用和操作大疆飛行器過程中因意外原因?qū)е碌膿p失，2 年內(nèi)可以享受3次置換服務(wù)。每臺大疆產(chǎn)品僅可綁定一次“隨心換”服務(wù)，但“隨心換”贈送的第三者責(zé)任險總保額較低且固定不能修改。三是無證駕駛對飛行存在安全隱患。根據(jù)國務(wù)院、中央軍委公布《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》規(guī)定：“真高120米以上空域，空中禁區(qū)、空中限制區(qū)以及周邊空域，軍用航空超低空飛行空域，以及下列區(qū)域上方的空域應(yīng)當(dāng)劃設(shè)為管制空域”“操控輕型民用無人駕駛航空器在無人駕駛航空器管制空域內(nèi)飛行的人員，應(yīng)當(dāng)具有完全民事行為能力，并按照國務(wù)院民用航空主管部門的規(guī)定經(jīng)培訓(xùn)合格”。目前采購的無人駕駛航空器空機(jī)重量不超過4 千克且最大起飛重量不超過7 千克，根據(jù)條例要求，在管制空域時需要持證進(jìn)行飛行。加上全市調(diào)查樣方中會涉及條例規(guī)定的管制空域，如沒有無人機(jī)飛行執(zhí)照，外出飛行會存在違規(guī)風(fēng)險。

（三）車載設(shè)備與農(nóng)業(yè)調(diào)查業(yè)務(wù)需求不適配

一是無法實時獲取衛(wèi)星影像大數(shù)據(jù)。由于糧食產(chǎn)量調(diào)查需要的是現(xiàn)勢影像和往期歷史影像，而農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車只能實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)處理和樣本村樣方的無人機(jī)影像采集，無法實時獲取大范圍現(xiàn)勢衛(wèi)星影像大數(shù)據(jù)，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限。二是無法實時獲取長勢監(jiān)測情況。現(xiàn)在樣本村主要農(nóng)作物依靠實割實測來評測長勢成果，而車載設(shè)備中沒有估產(chǎn)設(shè)備來進(jìn)行實時長勢監(jiān)測，無法通過苗情監(jiān)測來提高糧食生產(chǎn)預(yù)警能力。三是通訊網(wǎng)絡(luò)受限。不少樣本村位于荒山野嶺，手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)沒有信號或信號很弱，由于沒有車載信號增強(qiáng)器，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳。如后期出現(xiàn)航片拼接失敗，只能再赴現(xiàn)場重飛。

| 對策建議

（一）消除安全隱患，保障飛行安全

一是執(zhí)證上崗。合法從事無人機(jī)的飛行和業(yè)務(wù)，就需要考取民航局云執(zhí)照、大疆UTC 技能證書等，保障調(diào)查隊系統(tǒng)守法飛行的良好形象。二是采購機(jī)損險和第三者責(zé)任險。針對目前無人機(jī)所存在的安全隱患，以及大疆無人機(jī)“隨心換”只能保險2 年的情況，建議統(tǒng)一采購無人機(jī)機(jī)損險和第三者責(zé)任險，由總隊牽頭，各市縣局隊協(xié)同，統(tǒng)一簽訂采購合同，方便2 年后無人機(jī)的保養(yǎng)和維護(hù)，以應(yīng)對無人機(jī)售后風(fēng)險隱患和承保操作無人機(jī)時發(fā)生的對第三者人員及財物造成的傷害或損失。三是增強(qiáng)野外通訊信號。配備車載信號增強(qiáng)器，解決手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)在荒山野嶺沒有信號或信號很弱問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳，快速拼接航片。

（二）配備移動衛(wèi)星地面站，多管齊下解決影像來源

農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車配備移動衛(wèi)星地面站，實現(xiàn)對高分系列衛(wèi)星影像大數(shù)據(jù)的實時通信，為現(xiàn)場獲取實時影像大數(shù)據(jù)。無人機(jī)系統(tǒng)通過搭載低成本多光譜傳感器，達(dá)到現(xiàn)在只有衛(wèi)星才能實現(xiàn)的多光譜成像，開展長勢監(jiān)測并計算植被指數(shù)。針對不同農(nóng)作物在不同生育期間光譜反射率曲線進(jìn)行植被判別，采用深度學(xué)習(xí)算法可以對農(nóng)作物類型進(jìn)行較為精準(zhǔn)識別，提取農(nóng)作物類別和種植面積。充分應(yīng)用遙感技術(shù)和航測技術(shù)對糧食主產(chǎn)區(qū)主要農(nóng)作物進(jìn)行遙感測量，測量時空分布大數(shù)據(jù)，通過兩種影像源實現(xiàn)現(xiàn)場態(tài)勢感知，讓農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車由采集平臺向大數(shù)據(jù)分析平臺轉(zhuǎn)化，為搞準(zhǔn)糧食播種面積提供客觀決策依據(jù)。

（三）立足車載平臺，打造遙感監(jiān)測平臺

將星載平臺、無人機(jī)平臺、車載平臺、現(xiàn)場監(jiān)測平臺通過無線技術(shù)實現(xiàn)云框架系統(tǒng)整合，將大數(shù)據(jù)的多維度、平臺的多樣性、計算的高速性，實現(xiàn)空天地定位，遙感時空耦合和數(shù)據(jù)同化，并對樣本村主要農(nóng)作物配備基于物聯(lián)網(wǎng)的作物監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行實時長勢監(jiān)測，通過葉面積指數(shù)來反映長勢情況、耕地墑情和災(zāi)害監(jiān)測，為搞準(zhǔn)農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測提供客觀決策依據(jù)。