无人机航测技术在中药种植溯源中的应用探析

邓湘林 谢佑明 刘崇玉 施明毅 白宇

摘要：中药溯源系统的建立就是为了实现中药材在种植、生产、销售、使用等环节的信息公开性，从而实现来源可查、去向可追、责任可究、风险可控及强化中药材全过程质量管理与风险控制。基于无人机航测技术的中药种植溯源基地的建设，有望从根源实现中药材的生长可视化，从而保证中药材质量和安全。本文从中药种植溯源系统构建的意义和现状出发，阐述其显著的要点，并切合无人机航测技术的运用借鉴，综合考虑药材生长环境和各中药种植溯源基地存在种植点广、中药材环境分布复杂等问题，对无人机航测技术的运用进行可行性分析，探讨其在中药溯源基地中的运用前景和展望。

关键词：无人机航测技术;中药种植溯源系统;中药溯源技术

中图分类号：TP311        文献标识码： A

文章编号：1009-3044（2020）28-0011-04

Abstract： The establishment of the traceability system of traditional Chinese medicine is to realize the information openness in the aspects of planting， production， sales and use of traditional Chinese medicine， so as to realize the source can be traced， the destination can be traced， the responsibility can be investigated， the risk can be controlled and the quality management and risk control of the whole process of traditional Chinese medicine can be strengthened. The construction of the tracing base of traditional Chinese medicine cultivation based on uav aerial survey technology is expected to realize the visualization of the growth of traditional Chinese medicine from the root， so as to ensure the quality and safety of traditional Chinese medicine.

This article from the meaning of Chinese traditional medicine planting traceability system builds and the present situation， elaborated the significant points， and suit the use of uav aerial technology for reference， considering the growth environment and the traditional Chinese medicine and plant roots base exists some traditional Chinese medicine complex environment distribution and so on， the use of the technology of uav aerial feasibility analysis， explore the traditional Chinese medicine in Chinese medicine source base and prospects of the application.

Keywords： Uav aerial survey technology;Traditional Chinese medicine cultivation tracing system; Chinese medicine tracing technology

我國中药安全问题已经是一项重要的民生问题，但目前市场上仍存在卖假药等不规范的现象。可见，源头上建立和完善中药种植标准和规范已势在必行。《中医药发展战略规划纲要（2016-2030年）》要求建立中药材生产流通全过程质量管理和质量追溯体系[1]。中药溯源体系就是通过对中药材种植、采收、加工炮制、流通、使用等环节的关键信息进行收集和处理，从而实现中药材的“从来源到去处”全过程的透明和监管[2]。目前，就中药溯源体系的建立，我国已经取得一定的进展，但是在各个环节仍然存在不足之处。当前对中药种植基地的源头信息采集大部分依靠人工，存在效率低、误差高等情况。笔者在各种文献中了解到无人机航测技术存在数据准确、低成本、易操作等特点，适用于基地地形的测量。本文分析了我国现在中药种植溯源系统的构建现状，通过对比无人机航测技术的特点以及在其他领域的应用，将无人机航测技术在中药种植溯源中的应用进行分析，进行科学的分析与总结，提出合理的参考性意见。

1中药种植溯源系统简介

1.1 中药种植溯源系统相关研究现状

中药的质量安全关系着国民的生命安全乃至整个医药行业的良性发展。影响中药材质量的环节很多，包括从中药的产地环境、栽培种植、采收加工，到最后的应用环节[3]。而中药种植溯源系统就是中药质量追溯体系中重要的组成部分，通过借助现代信息技术，对中药种植过程中的关键信息进行处理记录，可实现中药种植全流程的信息可查。

1.2 中药种植溯源系统中的主要技术

中药种植溯源系统要处理的产业链存在复杂冗长的特点，且采集的信息繁多，需要借助信息智能化的管理，笔者简要介绍目前中药材种植溯源系统主要运用的三大技术：

1.2.1 物联网技术

将RFID、无线数据通信、传感器等技术构造的物联网技术运用在中药溯源系统中，将药材的种植、生产、销售、使用等环节的相关关键数据录入数据库，从而保证各个环节的情况透明[4-5]。

1.2.2区块链技术

利用区块链技术，将各环节中药材的信息录入到系统中，在信息记录、传输的过程中公开透明、不可篡改，以匿名的形式按照时间分布存储于分布式账本中[6]。各环节人员可以利用网络查询这些信息，从而实现中药材生产种植、消费流通全过程数据的高安全性和高可靠性[7-8]。

1.2.3 NB - IOT物联网技术

将NB - IOT技术引入中药溯源系统中，为数据提供传输通道，分析采集种植基地环境、生长数据，并合理的管理数据，提高溯源系统的质量[9]。

1.3中药种植溯源系统目前存在的问题

我国的中药材分布广泛，种植基地大都分布在不同的地理环境中，现有中药材生长环境复杂、生长过程采集、更新都存在巨大问题。中药材的生长情况各异，在种植过程中如果完全采用人工收集信息，存在信息量大、误差大等影响因素，且人为因素容易影响中药材的生长环境，造成中药材的产出少和品质低等问题，同时加大了中药材种植溯源环节“来源可追”的难度。

2目前基地地形测量系统

2.1基地地形测量系统的主要技术

目前，基地地形测量系统主要运用是“3S”技术。“3S”技术是GPS卫星导航定位技术、 GIS地理信息系统、RS遥感技术的统称，是对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的常用现代信息技术。

2.1.1 GPS卫星导航定位技术

将GPS技术应用于基地地形测量系统中，能够实现对测量数据进行实时记录和精确定位地形[10]。

2.1.2 GIS地理信息系统

在开展基地地形测绘工作时，借助GIS技通过对地形测量中得到的地图、摄影等各方面的资料进行整合，并利用不同颜色将地形中各类事物在平台直观图中标注出来，从而呈现出完整的数字地图[11-12]。

2.1.3 RS遥感技术

RS遥感技术运用卫星图像对地形的动态发展进行实时监控，可以根据相关地形测绘测量的需要提取出相应的地形动态地图[10]。利用波谱更加有效地完成地面识别，通过进一步鉴别物质属性，同时结合定位技术，可以更加准确地对物体进行定位[13]。从而达到高效率的测量工作。

2.2 “3S”技术在中药基地测量的应用

早在20世纪90年代，“3S”技术就被提出运用于自然灾害区划应用中。随后，“3S”技术被拓展运用到了中药材资源调查、中药基地测量中。随着地学、土壤学、生态学、植物生理学等知识与“3S”技术的结合，实现了对中药材生长全过程的实时监控，包括对土壤水分、养分的监控、病虫监测等[14];可以对中药基地中药材长势产量进行估测;对于生长特定的中药植物，利用图像的空间信息、光谱信息以及地形数据对植被进行分类，实现对其信息的提取和分类[15]。

2.3 “3S”技术在中药基地测量中的不足

虽然“3S”技术具有快速、方便、高成像性等特点，解决了人工误差和耗时性的问题。但是中药基地中药用植物的种植存在着种类多、分布繁杂、种植过密、种植园过小等特点，而使用“3S”技术受限于云层、障碍物、气候，遥感技术使用多遥感卫星且数据标准不统一且易出现数据冗余[16]，操作较难的特点，效果往往不理想。

3无人机航测技术简介

3.1無人机航测技术原理

利用无人机的飞行特点，在空中完成拍摄任务，再把拍摄到的图像信息用软件在电脑里拼接成拍摄的整个区域，最后利用测量仪器把地面的参考点坐标进行精准定位，实现计算机中的测绘图像与真实参考点的坐标精度统一;同时，获得的高分辨率影像可以作为拍摄物体的信息识别源。

3.2无人机航测技术优缺点

3.2.1无人机航测技术的优点

（1）图像数据分辨率较高、数据更准确

无人机航测过程中所获得的图像数据分辨率具有较高的分辨率，通常条件下可以达到0.2米到0.5米[17]。与“3S”技术相比，无人机航测技术可以弥补3S技术受大气层的影响，且所获得的数据不受数据库不标准的影响，较低或消除了因遥感卫星数据库不标准而产生的误差。

（2）低成本、易操作、高时效性

“3S”技术需要大量的物力资源，对于硬件要求和技术人员过高;利用卫星测量精准度较差且耗时多。而无人机不需要繁杂的人工操作，随时都可以进行拍摄，且投入成本低，短期就可以提供成品，所以可以灵活便捷地运用在复杂地形中。

3.2.2无人机航测技术的缺点

（1）易受到天气影响

在无人机的航测过程中，如果天气不佳，碰到风雪、大风和大雾等天气，会导致无人机无法顺利飞行，从而导致航测图像产生大幅度扭曲的情况，从而极大地降低图像的精准度，甚至会影响航测任务的展开[18]。

（2）防护措施不足

当无人机被应用到环境条件恶劣的地区时，如果遭遇突然变故，便会导致无人机和数据的同时丢失[19]。

3.3无人机航测技术的应用现状

目前无人机航测技术被广泛地运用于各项工程测绘项目、选线设计、环境监测、农林、城市地图绘制、电子地图应用等[19]。

3.3.1无人机航测技术在农业的运用

在农业生产中，无人机航测可以用于解决农田地块级别面积的测量，有利于计算农作物的播种量，相比于人工实地勘查，無人机航测不仅可以减少人为因素干扰，避免破坏农田，还能提升勘查的工作效率、数据质量，从而提高农田的产量[20]。在农作物生长后期，运用无人机航测技术统计地区作物的种植结构、作物长势等信息，为大范围农作物种植及长势、产量等信息的计算提供依据[21]。

3.3.2无人机航测技术在中药领域的运用

利用无人机航测技术，对中药材的种类、分布面积、品质乃至病虫害等数据进行采集，利于对中药材的研究与保护。利用无人机可以探寻野生草本中药材的分布与产量;实现对野生药用动物的追踪以获得种类、数量等信息，便于对种群的研究与保护[22]。

4无人机航测技术在中药溯源基地地形测量中的应用

4.1无人机航测技术在中药种植溯源的应用

4.1.1 中药种植溯源系统中无人机航测技术的应用可行性分析

中药种植溯源系统中，核心数据源头在于种植子系统的种植全流程信息模块，用于录入种植全流程的信息，包括种植信息模块、田间管理信息模块、采收信息模块、加工信息模块和流通信息模块[23]。针对种植、田间管理、采收等信息的采集，我们需要实时监控产地的环境，并对药材生长的全过程进行记录，同时监控田间的情况，以便于知晓最佳收获药材的时间。引入无人机航测技术，能够更加方便快捷地完成这些任务，即节约了人工费和时间，又保证了不会人为对中药材生长环境的破坏。

4.1.2中药生长地形中无人机航测技术的应用可行性分析

中药作为中华文化中的重要组成部分，在我国拥有着悠久的历史和丰富的文化。我国的中药材资源十分庞大，富裕的瑰宝意味着分布于广阔的国土各地，他们的生长环境各异，意味着有些中药材的检测和溯源管理存在一定的困难。生活在西藏那曲市、昌都市，青海玉树州、果洛州，四川甘孜州、阿坝州等地的冬虫夏草。它们的生长环境严峻，以西藏那曲市来说，它们生长于喜马拉雅山脉（青藏高原）海拔3500～5000米的高山草甸和灌木林中，发现和采集都存在一定的困难，更何况是实现信息溯源。虽然目前已经引入了“3S”技术，但无人机存在成本低、易操作、不受大气层影响的特点，可以有效地解决“3S”技术受到大气层影响的问题。

4.2中药种植溯源系统中无人机航测技术的应用方案

利用无人机航测技术对于中药种植溯源基地的中药材进行位置记录，并绘制相应的中药种植溯源系统的药材分布地图。针对不同生长周期的药材制定不同时间的航线设计，以保证达到各种药材生长周期的准确记录;在无人机航测捕获影像后，对影像进行质量监测，再考虑是否需要补飞;随后导出捕获信息，通过图像分割、图像边缘检测、图像特征提取、图像分类等方面采集分析中药材的图像信息并进行整理，最后导入采集信息模块。与此同时，实时监控监测中药种植溯源基地的土壤、气候条件，并及时反馈给药农，保证中药材质量和品质。

4.3 中药溯源基地地形测量引入无人机航测技术的优势

（1）无人机航测技术将提高了中药种植溯源系统种植子系统中种植全流程信息管理模块的信息高效性、安全性和智能性。无人机航测用于采集药材的生长信息、用于药材管理并采集生成信息。从而代替人工信息采集，降低误差性。

（2）使用无人机航测技术的溯源系统可以有效降低成本。硕大的药植园要给每个药材定期进行拍摄、信息采集、信息录入将耗费大量的人力物质和人工费。这将加大溯源过程中的成本，在等利益情况下，能减少成本，更容易得到药农的接受和认可，从而推动中药溯源系统的构建。

4.4 无人机航测技术应用于中药溯源系统中的不足及解决方案

4.4.1无人机航测技术并没有达到大众普及的效果

随着我国的发展，教育水平也在逐年提升，人民的普遍知识水平有一定的高度。但是无人机航测技术属于近年来的新兴产业，普遍层度还不能达到。再加上从事中药种植的大部分为低学历的农民，他们对于无人机更是一无所知，从而出现难以推广的问题。

4.4.2解决方案

针对普及力不够的问题提出以下几点解决办法：

（1）集中对中药溯源种植基地的药农进行统一的无人机航测技术的培训。

（2）推荐无人机航测的公司与中药溯源基地形成一定的商务合作，定期帮助药农们采集信息。

（3）相关研究单位可借鉴无人机航测技术在各项工程测绘项目、应急项目等方面的成熟发展，充分发挥无人机航测技术成本低、高时效的特点，在各中药溯源基地进行推广。

5展望

中药溯源系统的建立旨在于实现中药流通全过程的信息公开透明化，利于推进中医药事业的发展。目前，中药溯源系统建立已经取得了初步的成效，笔者所在的成都中医药大学中药溯源平台已研发至第三代中药溯源平台。

无人机航测技术作为近年来发展快速的信息技术，已经被广泛运用于各个行业上。无人机航测技术或将成为互联网的下一热点，广泛地被居民运用，实现翻天覆地的便民服务。在无人机航测技术运用的同时，应该加快无人机航测技术于各行各业使用的法律制度的制定，打造更好的航测便利平台，进而实现更大的价值。通过无人机航测技术对中药材的种植、田间管理、采收等信息的采集，实现源头溯源的关键部分。

目前，国内已存在无人机航测技术引入中药领域的应用。将无人机航测技术投入中药溯源种植系统中，是对于国家中药材CAP规范管理的一种实施。从中药种植溯源系统出发，节约人力物力，降低投入资本，并提高检测准确性、降低检测危险。加入无人机航测技术，将更加有利于完善中药溯源系统，塑造中药行业诚信生态，实现中药的生长环境、生长过程可查找、可监控，保证中药的质量与安全，促进中药行业可持续、健康、快速发展。相信未来无人机航测技术凭借着其优势也将为中药行业做出贡献。

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【通联编辑：梁书】