无人机遥感技术在农业生产领域中的应用

闫庆伟

（东北工程技术学校，黑龙江 哈尔滨 150030）

1 无人机遥感技术概述

无人机遥感技术，即利用先进的无人驾驶飞行器技术结合遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术等先进技术，而实现自动化、智能化、专用化快速获取国土资源、自然环境、地震灾区等空间遥感信息，并能够完成遥感数据处理、建模和应用分析的技术。

1.1 我国无人机遥感技术的发展现状

我国的土地利用模式发生了极大的变化，利用传统遥感技术获取的地物信息已经远远不能满足现代社会发展和建设的需要，而无人机遥感技术在这个时候应运而生，这种新型的应用型技术越来越广泛地应用在诸多行业当中，尤其是农业生产工作中，通过无人机遥感技术，可以扩大探测范围，并实时、精确地获取作物信息，且极大地提高了数据信息的传输效率，为农业生产提供了良好的基础信息保障，这种技术与传统测绘技术相比，极大地降低了前期工作成本，这种便捷高效，低成本的应用技术越来越受到农业领域的欢迎。

1.2 无人机遥感技术的优势

1.2.1 机动灵活性好

无人机遥感技术与航空遥感技术相比，其载体平台为无人机，无人机体量小质量轻，与其他的载体平台相比，运行速度更快，灵活性更好，使用无人机遥感技术进行信息获取的时候，只需提前将行进路线设定好，在农业生产进行时，让无人机根据提前设定好的行进路线，自动参与巡航和喷药。

同时，因为无人机遥感技术具备灵活性好的优势，通过无人机遥感技术进行农业生产工作可以获得多个角度的目标拍摄，进一步提高获得数据的准确性，避免因外物遮挡或数据模糊而造成的数据损失。

1.2.2 数据精确性高

通过无人机遥感技术获取地物信息之后，信息处理的速度特别快，其具体应用过程中拍摄像相机的分辨率非常高，这使得获取地物信息数据的精确性特别高，再通过其他信息技术处理方式，还可以提取出所有有效的地物信息。

1.2.3 传输信息效率高

无人机遥感技术与其他遥感技术相比，其获取信息传输信息的效率更高，在无人机遥感技术指导作物生产的时候，通过数码相机、传感器获取的数据信息，可以实时传送到地面接收塔，使技术人员可以实时获取信息，极大地提高了农业生产的发展进度。

1.2.4 安全性好

无人机遥感技术主要通过无人机平台进行户外作业，技术人员通过远程监控即可及时有效地获取信息，并对当地情况做出及时的反应，尤其是对一些危险系数高的地区进行勘探的时候，无人机遥感技术无疑是一种安全性较高的有效措施，有效地降低了户外工作人员出现安全问题的概率，从而保障了安全性。

1.2.5 监测范围比较大

随着农业生产对无人机遥感技术要求的不断提高，当下阶段，我国无人机遥感技术的监测范围也在不断扩大，其监测区范围包括一些大范围和一些小范围，无人机遥感可以通过不同的飞行高度、不同的角度，实现高空间范围多角度大面积的监测，也可以在较低的低空高度进行多角度较小范围的精确监测，并且可以多架同时监测和多次监测。除此之外，还可以利用三维仿真模拟技术，将获取的遥感信息进行分析模拟，这样可以宏观展示监测范围之内的环境情况，以及检测范围内的危害情况、危害程度和危害范围，从而为农业部门展开治理行动提供科学依据。

2 无人机遥感技术在农业生产中的具体应用

随着无人机遥感技术的快速发展，无人机遥感技术，已经广泛地运用到了各个领域。精准农业，也称精细农业，是农民管理作物的一种方式，用以确保水和肥料等投入的效率，并最大限度地提高生产率、质量和产量。精准农业还包括防治虫害、水灾和作物疾病的内容。农民可通过无人机遥感技术在空中持续监测作物和牲畜的状况，迅速发现在地面抽查中不会显现出来的问题。例如，他们可以通过无人机延时摄影发现部分作物没有得到适当的灌溉。本节将从以下五个方面说明无人机遥感技术在农业生产中的具体应用。

2.1 作物评估

监控整个作物种植区需要花费大量时间和人力，而无人机可以快速扫过并检查，并发现生长缓慢、需要采取补救措施的作物。传感器可以监测植物吸收和反射特定波长的光，形成颜色对比图像，直观地反映出有问题的区域。从这些数据生成的图像包括NDVI（归一化差异植被指数）地图，其通过计算近红外和可见光辐射的差异的比率与卫星图像和无人机的长期监测获得（如图1所示）。通过这种方法，不但可以辨别土壤、作物和森林。此外还能够侦查有病虫害的作物，这是因为有病虫害的作物其反射光的程度和方式不同。最新的研究表明，这种光谱数据可以发现被农药伤害的作物，以及生长在作物中，对除草剂免疫的杂草。

图1 应用无人机遥感技术进行农作物不同生育期长势监测

2.2 监测病虫害

影响作物产量的一个关键因素是病虫害。作物受病虫害减产是世界各国粮食减产的重要因素。大规模的病虫害会给农业生产和国民经济造成巨大损失。利用遥感监测技术跟追病虫害进展情况，有利于展开精准治理工作，做到及时发现、及时处理，也有利于早期防治（如图2所示）。成因是：病虫害会造成作物叶片细胞结构中色素、水分、氮元素等性质发生改变，随之其反射光谱发生改变。证明：病虫害作物的反射光谱和正常作物可见光到热红外波段的反射光谱有明显差异。

图2 病虫害无人机遥感监测及精准施药服务

在美国、澳大利亚等地，用无人机遥感监测并不罕见。比如，美国有种植户用无人机监测麦田锈病情况，从中可以明显看出哪里是重灾区。也有人用无人机查看苜蓿地里的菟丝子，菟丝子是一种恶性寄生性杂草。菟丝子主要寄生于苜蓿等豆科作物，受到恶性杂草菟丝子的严重危害，造成苜蓿植株成片死亡。利用无人机遥感监测能在灾害大规模爆发前做到提早预防。

2.3 分析土壤属性

当今世界农业现代化大国都在提倡精准农业，要求根据土壤性状，在作物生长过程中调节对作物的要素投入，以最低的投入达到最高的产出，并高效利用各类农业资源，改善环境，取得较好的经济效益和环境效益。作为空中监测技术，农业遥感是推动农业走向精准化的有利手段。农业遥感监测主要以作物、土壤为监测对象。作物在可见光-近红外光谱波段中，反射率主要受到作物中色素、细胞结构和含水率的影响，特别是在可见光红光波段有很强的吸收波段，在近红外波段有很强的反射特性，可以被用来进行作物长势、作物品质、作物病虫害等方面的监测。土壤可见-近红外光谱总体反射率相对较低，在可见光谱波段主要受到土壤有机质、氧化铁等赋色成分的影响。因此，土壤、作物等地物固有的反射光谱特性是农业遥感的基础。

在精准农业中，有一个重要的概念叫做归一化植被指数。根据专业解释，归一化植被指数是反映农作物长势和营养信息的重要参数之一，计算方式是近红外波段的反射值与红光波段的反射值之差比上两者之和。归一化植被指数可以为改善作物健康提供参考依据，比如告诉你农田是否需要额外施肥（如图3所示）。

图3 大区域全天候无人机遥感土壤水分监测

2.4 自然灾害后作物受损评估

农作物的整个生长发育过程与气象息息相关，气候变化和灾害性天气直接影响粮食生产和农民增收，影响农业的平稳快速发展。自然灾害发生后，遥感技术可以用于评估暴风雨和冷冻灾害后的受损情况。作物遭受冷冻害后，细胞中叶绿素的活性会减弱，对近红外光和红光的敏感度下降会导致植被指数发生变化，因此，植被指数差异分析主要是通过受灾前后植被指数的差值来判断受灾情况。

研究表明，在暴风雨灾害中，水浸后的植被可见光波段反射增强，近红外波段减弱，且近红外波段和热波段的组合可以识别水浸和健康谷类作物。

2.5 查看梯田概况，便于及时整改

梯田是在坡地上沿等高线分段建造的阶梯式农田，是一种重要的水土保持措施，具有保水、保土、保肥的作用。作为坡耕地治理措施的一种，修建梯田可以通过减缓地形坡度、缩短坡长来改变坡面的小地形，进而有效治理坡耕地水土流失。所以，及时获得梯田的动态指标，可以为梯田建设成效评价、水土流失防治、水土资源合理利用等提供科学依据。

利用遥感技术生成的高分辨率影像对水土保持进行检测，有利于提取更详尽的水土保持措施。利用无人机生成高程图可以直观地看到梯田的整体布局，便于梯田管理者随挖随填，及时整改阶地和排水系统。

卫星遥感手段发展已久，但卫星易受到天气环境影响，且轨道周期较长。比较而言，无人机灵活性更强、易部署。相信随着无人机平台、传感器和软件技术的进一步提升，未来无人机作为卫星等其他遥感平台的补充手段，可以帮助农业构建起更加完整的监测网。

3 结束语

无人机遥感技术融合了无人机技术的优势和遥感技术的优势，无人机遥感技术具备机动灵活性好、数据获取精确性高、数据传输效率高、监测范围扩大且精细化、安全性好、成本低等优势，与传统的测量测绘技术相比，无人机遥感技术极大地提高了技术精度，保障了农民的安全，加速了农业生产的发展进程。无人机遥感技术作为一种新兴的应用型技术，因其独特的优势条件在各类农业领域当中得到了越来越广泛的应用。