快速實(shí)時(shí)地掌握農(nóng)田信息是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)作的基礎(chǔ)。以無人機(jī)為平臺(tái)的低空遙感探測(cè)技術(shù), 具有空間分辨率高、時(shí)效性強(qiáng)和成本低等特點(diǎn), 可填補(bǔ)地面監(jiān)測(cè)和高空遙感間的測(cè)量尺度空缺, 因此在農(nóng)田信息精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來, 隨著無人機(jī)飛行平臺(tái)穩(wěn)定性增強(qiáng)、操作難度降低, 機(jī)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(jìn)步, 無人機(jī)遙感在農(nóng)田信息監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。

實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)作的前提是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取農(nóng)田信息和作物生長動(dòng)態(tài)。無人機(jī)遙感是一種基于無人機(jī)載遙感傳感器, 綜合應(yīng)用無人駕駛飛行、遙感、遙測(cè)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(jī)遙感可用于監(jiān)測(cè)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(jī)遙感可用于診斷作物營養(yǎng)狀況和田間墑情信息, 對(duì)于病蟲害的監(jiān)控也有較高的準(zhǔn)確性; 此外, 無人機(jī)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(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量方法。與高空遙感相比, 無人機(jī)遙感具有空間分辨率高、應(yīng)用成本低、時(shí)效性強(qiáng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn); 與傳統(tǒng)的田間定位監(jiān)測(cè)相比, 無人機(jī)遙感具有信息采集快捷、空間覆蓋率高等特點(diǎn)。尤其是其監(jiān)測(cè)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(cè)領(lǐng)域有著傳統(tǒng)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)、航空和衛(wèi)星遙感無法比擬的優(yōu)勢(shì), 得到越來越廣泛的研究和應(yīng)用。1、無人機(jī)飛行平臺(tái)與遙感測(cè)量技術(shù)無人機(jī)遙感以無人駕駛飛機(jī)為探測(cè)平臺(tái), 利用搭載的各種任務(wù)負(fù)荷獲取有關(guān)農(nóng)田和作物的遙感數(shù)字信息, 通過對(duì)數(shù)據(jù)的后期處理、挖掘和建模, 來獲取農(nóng)作物長勢(shì)、農(nóng)田環(huán)境等信息。

2 、無人機(jī)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(cè)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(cè)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(cè)量的LiDAR技術(shù)獲取的則僅有空間位置信息。

3 無人機(jī)遙感在農(nóng)田信息監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

無人機(jī)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(shí)現(xiàn)多類農(nóng)田信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。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(shí)別、面積估算及變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、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(dòng)態(tài)等。

4 存在問題與發(fā)展方向

目前利用無人機(jī)監(jiān)測(cè)農(nóng)田信息還處于起步階段, 不僅在飛行平臺(tái)的研發(fā)、應(yīng)用和管理方面存在不少問題, 而且在遙測(cè)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(jī)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(shí)踐的案例還比較少; 針對(duì)大田作物生長的階段性特點(diǎn), 現(xiàn)有的研究對(duì)于周期性的農(nóng)田信息獲取仍急需完善; 多載荷無人機(jī)雖然已經(jīng)投入使用, 但獲取的數(shù)據(jù)尚未充分實(shí)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(tái), 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(jī)遙感作為一種新型的高空間、時(shí)間分辨率的信息監(jiān)測(cè)技術(shù),在農(nóng)田信息監(jiān)測(cè)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(diǎn)監(jiān)測(cè)和高空遙感監(jiān)測(cè)相比, 無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)的空間尺度和精度優(yōu)勢(shì)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(jī)飛行平臺(tái)、機(jī)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(tái)等方面的發(fā)展完善, 無人機(jī)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(bào)