无人机遥感技术在农业中的应用研究*

张 辉 ，杨张瑜 ，柴 茜

（自然资源陕西省卫星应用技术中心，陕西 西安 710000）

我国是农业生产大国，农业发展直接影响到我国整体社会建设和经济发展水平。随着信息化时代的到来，建设现代化农业发展体系成为当前我国农业领域的关注重点。大量实践证明，将无人机遥感技术应用于农业生产领域中，能够实现对农作物各个生长阶段快速、精准、全面的监测管理，可以利用无人机获取农作物生长信息，从而对作物色素、含水率、细胞结构、病虫害、长势等信息进行精准监测。

1 无人机遥感技术概述

无人机遥感技术是指将无人机技术结合GPS技术、遥感传感技术、通信技术等，对自然环境、国土资源和地震灾区等地理空间信息进行监测采集，并对采集的数据信息进行科学处理、建模及综合分析的科学技术。无人机遥感技术在实际应用中具有智能化、专业化、自动化及科学化的特征。具体来讲，无人机遥感技术可分成飞行载荷平台与传感器两部分，飞行载荷平台主要包括动力系统、GPS定位系统、姿态调整系统及数据传输系统等，可分成无人直升机、固定翼无人机、旋翼无人机及飞艇等不同类型。其中，固定翼无人机和旋翼无人机应用成本较低，在农业生产领域中应用效果较佳。

2 无人机遥感技术的优势

2.1 数据精准度高

利用无人机遥感技术获取地面信息数据后，能够对获取的信息数据进行快速处理。无人机搭载的摄像机具有较高的分辨率，能确保数据信息的精准性，利用信息处理技术能够有效提取相关地物信息。

2.2 作业灵活性强

与其他遥感技术相比，无人机遥感技术具有作业灵活性强的特征，无人机的体积相对较小、质量较轻，在飞行过程中具有更高的飞行速度与灵活性，只需依据提前设定好的飞行路线即可获取相关数据信息。同时，还可利用无人机进行自动巡航及农药喷施等作业[1]。此外，无人机遥感技术在应用中能够实现多角度的拍摄操作，实现对目标信息数据的全面收集，进一步加强数据信息的真实性与全面性，防止因外界事物干扰出现图像模糊或者数据缺失等问题。

2.3 安全性高

无人机遥感技术在实际应用中主要依靠无人机进行相关作业，操作人员只需在地面控制平台进行远程监控处理即可确保应用效果，以此获取相关数据信息，并对监测地区的具体情况进行相关处理。部分地区勘测工作具有较高的危险性与复杂性，人工作业形式难以确保获取数据资源的真实性，且难以保证工作人员的安全，利用无人机遥感技术能够大幅提高作业安全性，尽可能避免安全事故的发生。

2.4 监测范围广

现代化农业生产对于无人机遥感技术的需求标准逐步提升，促使无人机监测范围不断扩大。在具体应用中不仅包括一些大范围监测工作，也包括对部分特定小区域的监测。无人机遥感技术能够通过对飞行高度、监测角度等参数的调整实现高空间、大范围、多角度的全面监测，并能够进行多台同时监测以及多次监测[2]。此外，可采用三维仿真模拟技术对获取的数据进行分析模拟，对监测范围内的具体情况进行宏观展示，包括病虫害危害程度、范围及类型等，以此为农业部门的农业整治工作提供数据支持。

2.5 数据传输快

无人机遥感技术能够快速精准地获取农业生产领域中相关农业信息，并利用关联技术实现信息数据的快速传输，可将无人机技术收集到的数据实时传递到地面监测中心，确保农业监测工作的时效性与科学性，进而推动我国农业生产的发展。

3 无人机遥感技术在农业中的具体应用

3.1 农作物监测

利用无人机遥感技术能够对农作物的基本情况、农田土壤环境进行有效监测，帮助管理人员对农作物生长情况进行动态化、持续性的监测管理，从而对农作物展开定量与定性分析，逐步实现现代化农业发展目标，达到对农作物生长过程的精准掌握。无人机遥感技术在实际应用中主要对农作物生长参数变化情况、农作物内部元素含量变化等信息进行监测采集。例如，可利用无人机遥感技术对水稻作物冠层特征进行采集，以此实现对水稻作物养分的有效诊断。无人机技术能够利用自身红外影像系统对农作物生长情况进行精准监测，对不同区域的农作物具体生长情况进行科学计算，并利用统一化指标实现对农作物具体生长情况的量化处理，结合处理数据制定具有针对性的优化对策，确保农作物生长情况与预期规划相符，保证农业生产的经济效益[3]。与此同时，无人机遥感技术能够对土壤和植被的光谱信息进行监测分析，对农作物生长发育周期进行深入探究，基于多光谱遥感影像技术实现植被覆盖情况的有效诊断。

例如，对小麦作物生长情况进行监测，无人机遥感技术能够对小麦拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期等生长阶段的状态进行有效监测，对小麦叶片叶绿素含量和不同波段之间的关系进行分析，结合多光谱信息设计出回归模型，以此实现对叶绿素含量最佳回归手段及生长阶段的反演操作，从而为小麦生产管理提供良好的数据支持。

3.2 病虫害监测

农作物生长过程中，如果出现大面积的病虫害问题，会对农作物生长发育造成不利的影响，进而导致农作物叶片色素及冠层结构出现比较明显的变化。利用无人机遥感技术能够通过对各波段光谱特征的监测实现对病虫害情况的有效判断，从而为病虫害防治工作提供真实的数据支持，减少病虫害问题对农业生产造成的损失。在具体监测过程中，需将病虫害防治和后续时空监测作为主要内容，利用无人机航摄影像信息对病虫害情况进行全面监测，能够基于敏感波段光谱反射信息建立病情指数回归模型，以此监测病虫害具体程度，并对其影响范围进行准确判断。利用多光谱航摄信息精准定位病虫害发生位置，利用多元化信息数据明确植被指数信息，反演农作物叶绿素具体含量，从而为遥感技术参数诊断提供有效数据[4]。

例如，在对棉花作物进行监控识别的农业管理工作中，利用多光谱相机遥感技术能够实现对棉花长势、棉叶螨虫害情况的有效监测，基于高清相机收集到的相关影像信息，结合棉花作物的光谱响应规律筛选出特定的光谱指数，从而建立作物监测模型，实现对大面积范围内棉花作物生长情况的有效监测与病虫害诊断。棉叶螨虫害发生后会对棉花作物的内部生理形态及外部形态造成侵害，导致棉花作物出现一系列病变现象，棉花作物对应的可见光与近红外光的反射峰会发生明显变化。在监测过程中可选择采集影像中的几段波段数据信息，并结合植被指数信息，最终形成棉叶螨虫害回归模型。

3.3 农作物信息精准识别

从农业生产实际情况出发，对农作物的精准识别是确保后续农作物面积与相关信息测算的关键环节，能够为开展现代化农业工作提供良好的数据支持。通过对历史数据分析可知，无人机遥感技术在农业生产中的合理应用能够显著提升农业信息收集与监测的效率。无人机技术在应用时具有良好的抗干扰能力，以此实现对农作物相关数据信息的有效收集，确保数据信息的精准性与真实性。从遥感类型角度分析，能够将其分成两种：第一种是基于像元的遥感方法，通过冠层相机进行相关数据收集，以此实现对农作物波谱特征的深入分析；第二种是基于无人机航摄影像中的光谱特征与几何特征，对农作物进行分类处理，同时利用无人机设备采集的数字模型实现对农作物的智能识别。

基于无人机遥感技术能够实现对作物叶面积指数的有效提取。以玉米作物为例，无人机遥感技术能够对玉米拔节期、抽雄期及成熟期等发育阶段进行数据监测与采集，获取玉米作物的叶面积指数，进一步构建叶面积指数估算模型，最终筛选出玉米作物最佳监测时期及植被指数[5]。无人机遥感技术在实际应用中通过搭载不同的相机设备以收集红光、蓝光、绿光、红外光及近红外光等光谱波段，在收集信息后利用专业软件工具对航摄影像信息进行以下处理：初始化处理、正射影像处理、反射板校正处理、几何校正、图像裁剪等。

4 无人机遥感技术在农业中的应用趋势

4.1 无人机遥感技术软硬件技术的优化

无人机遥感技术在实际应用中虽然具有操作灵活、尺寸小的优势，但也存在抗风能力差、飞行时间短及载荷性能弱的缺陷。农业监测工作需要依据不同的需求使用不同种类的传感装置，由于无人机技术应用成本及载荷能力的限制，现阶段的研究内容主要集中在多光谱相机和RGB相机中，而对于热成像仪、高光谱传感器等设备的研究较少[6]。同时，部分农业监测工作需要在一段时间内进行连续监测作业，这就对无人机设备的续航性提出了较高的要求。然而，目前的无人机多为中小型设备，在应用中存在通信距离较短和续航能力较差的问题，且在恶劣环境下会导致收集的影像数据受到一定程度的影响。无人机遥感技术在农业领域的研究要对以上问题进行深入分析，结合行业标准需求与先进技术进行软硬件系统的优化，不断提高无人机设备的续航能力与通信能力，提高设备飞行过程中的稳定性，并优化其飞行控制算法与数据传输模式，以实现经济性、便捷性及长效性的目标。

4.2 不同平台多时序、多源数据协同利用

现阶段，农业领域中的监测数据主要包括地面、低空和高空3个高度的监测，3种监测手段在实际应用中各有优缺点。航空领域监测即高空监测，主要应用于大面积监测工程中，在信息精准度方面存在一定问题。地面监测主要依靠人工作业，能够保证数据信息的精准性，但是作业效率不高。而无人机技术属于低空监测，是对上述两种方法的进一步补充[7-10]。而现阶段的农业监测工作主要是对单一数据源进行采集获取，难以全面反映农作物的真实特征，且农作物在不同生长发育阶段具有不同的表现特征，地理环境及气候天气等因素会进一步扩大这种差异性，利用单一数据源难以建立具有代表性的数据模型。因此，如何将不同传感器、不同监测手段进行融合应用是现阶段与未来的重要研究方向，需要对不同监测手段进行科学有效的综合利用，并融合不同时间、不同地域及不同尺度的监测信息，最终实现数据信息的深入挖掘。

5 结语

无人机遥感技术是对低空监测遥感技术的补充，在农业监测领域具有良好的应用效果，能够有效控制技术应用成本，确保监测数据信息的精准性、真实性与全面性，并能够进一步提高农业监测的效率与质量。因此，其在农业遥感领域得到了广泛关注与应用，如病虫害监测、农作物信息监测与精准识别等。但是，无人机遥感技术在实际应用中同样存在一定的缺陷，需要结合实际情况选择性应用，以此为农业发展提供良好的技术支持，最终推动我国现代化农业的创新发展。