粮食产量监测无人机调查的实践与思考

□ 赵 彤 祝晓强

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机应用在农业航测、电力巡逻、交通监控、环境监测、土地巡逻、农业植保、灾后救援、视频拍摄等方面，可以有效提高工作效率，节省人力成本，降低工作风险。近三年来，台州粮食产量调查监测播种面积调查从传统的“对户调查”向“天地空”多方位多角度调查转变。通过太空的高分遥感影像大数据和北斗卫星定位技术、低空的无人机航拍和地面的PDA 调查，实现“人、车、机”多路协同，建立面向未来的现代农业统计对地抽样调查体系。

| 无人机调查体系应用试点取得成效

由于台州属于“七山一水两分田”地形，山区和平原差异大。一个样方内一般有100—200 个地块，且很多样方在山区，山高路险，路上时间较长，调查员手持PDA 开展调查需要2—3 个小时。加之存在个别年轻调查员对主要农作物不熟悉导致填错，或者根据个人经验估算种植面积不准等情况。因此，“空间遥感测量，野外现场调查”模式对解决样方内地块较为破碎、农作物类型复杂的现实问题成效显著。通过无人机智能调查系统试点，获取现势无人机影像，通过无人机影像及野外调查解译结果为人工智能主要农作物自动识别提供模型训练素材。

（一）台州无人机试点历程

从2020 年开始，国家统计局浙江调查总队在粮食产量调查中开展无人机调查试点项目，利用大数据、云计算、物联网等现代信息技术，开展粮食产量无人机智能调查系统的测试，临海市、玉环市开展无人机智能调查系统试点。2022 年，新增黄岩区、仙居县、温岭市等3 个县（市、区）开展无人机智能调查试点。通过建立可靠的主要农作物人工智能识别模型，实现自动化农业野外调查，减少农业调查人力投入，提高农业调查工作效率。2023 年，台州市粮食产量调查监测工作协调小组办公室下发《关于做好新一轮粮食产量调查监测工作设备采购更新的通知》文件，要求新增县（市、区）高度重视无人机智能调查工作，做好人员、经费和物资等保障工作。2023年粮食产量调查监测新样本正式启用后，全市5 个县（市、区）共30 个样方开展无人机智能调查试点工作。

（二）无人机装备情况

各地强化与地方财政部门沟通，积极争取设备购置及人员工作经费，现试点县（市、区）均已配齐无人机设备和手持移动终端，确保无人机智能调查工作高质量完成。台州队及时联系大疆无人机在浙销售公司，详细沟通无人机功能及各项飞行参数，根据台州靠海，且多山、多雨、多云雾等特点，择优选定大疆经纬M30、御3 等行业版机型，协调指导试点县（市、区）开展无人机采购。目前全市共有5 台无人机用于粮食播种面积野外调查，其中2023 年新增大疆无人机3 台。

（三）农产量调查车应用情况

农产量调查车采用非承载式底盘，实现全时四驱越野型，能够在各种野外条件下运行。车载设备包括供电系统、导航系统、RPV 采集器、车载电脑工作站系统、车载高清监视器和农作物快速调查设备（无人机系统）。发挥专用平台在调查运转、数据采集、数据管理、数据综合应用等方面的作用。根据国家统计局农村司《关于开展农产量快速实地调查专用平台综合应用试点工作的函》要求，浙江调查总队于2020 年5 月组织开展农产量快速实地调查专用平台综合应用试点，以提升农产量调查车的综合应用能力，实现农产量调查车快速到达调查现场，协同调度使用无人机等车载设备开展现场数据采集、现场数据处理、现场生产成果等综合应用为目标，满足农作物面积调查、农产量调查、实割实测、快速调研、救灾抢险、突发事件处理、数据质量检查等工作需要，提升调查能力。

| 台州实践，多管齐下

（一）培训到位，提升业务能力

一是执证上岗。组织辖区内专业人员赴杭州参加无人机行业证（UTC）培训考试，全员顺利通过并取得无人机行业证。二是加强业务学习。详细讲解《2023 年浙江无人机智能调查工作方案》《浙江省无人驾驶航空器公共安全管理规定》、无人机AI 智能识别程序等专业知识，提升能力水平。三是强化应用训练。围绕AI 慧飞智能调查系统、无人机设备组装、调查线路规划、实际飞行操作，影像拼接、处理与解译等环节，组织人员赴调查村逐一进行全流程独立操作，并开展现场互评。四是及时对接调查程序开发公司。将调查系统与无人机匹配度不足等问题及时反馈给系统开发公司，并进行及时修正，确保实际飞行安全，保障数据质量。

（二）实战飞行，提升执行力

一是对5 个试点县（市、区）10 个样本村开展无人机智能调查样方飞行，通过AI 智能识别程序，对样方地块种植地物进行智能作物识别、填报。二是利用无人机开展播种面积调查数据质量检查。通过对样本村样方进行飞行拍摄，认真查找个别出现的底数不清、地物不符、信息不准等问题，并及时处理，为今后粮食产量调查监测工作打好基础。三是开展法治宣传。利用业务培训会、现场走访检查和无人机飞行实操等契机，开展现场说法，切实提升法治意识，确保数出有据。

| 存在的困难

（一）智能调查系统与无人机匹配问题

一是系统之间不匹配。因新款无人机与调查系统开发所属公司不同，存在二者之间参数问题匹配不到位的问题，在野外作业时出现各种各样的问题，导致工作无法顺利开展。使用AI 慧飞进行面积调查时，必须关闭后台运行的大疆官方飞控程序，否则两者之间会有冲突导致程序无法正常运行。二是无人机公司接口开放有限制。因为无人机机型更新很快，可能会导致调查系统不能及时更新，无法做到与新机型同步匹配。无人机公司推出新机型，飞控接口只对行业级无人机开放，因此新平台还存在小部分功能不稳定的问题。三是底图配准难度大。按照软件公司提供的配准流程，能够实现快速配准，但底图与样本矢量存在偏移和扭曲，很难达到完全一致的效果，会导致部分航片拼接失败。

（二）飞行面临较多安全问题

一是地形复杂。无人机飞行中安全问题是重点，因各种原因都可能导致无人机出现飞行安全问题。比如空中各种高压电线和变压器、起降区域人员密集度、空中飞鸟等都会对飞行任务造成影响，因此每次飞行要做好飞行区域安全评估。二是过保无人机无法保障安全。目前大疆无人机“随心换”只能保险2 年，“随心换”只保障正常使用和操作大疆飞行器过程中因意外原因导致的损失，2 年内可以享受3次置换服务。每台大疆产品仅可绑定一次“随心换”服务，但“随心换”赠送的第三者责任险总保额较低且固定不能修改。三是无证驾驶对飞行存在安全隐患。根据国务院、中央军委公布《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》规定：“真高120米以上空域，空中禁区、空中限制区以及周边空域，军用航空超低空飞行空域，以及下列区域上方的空域应当划设为管制空域”“操控轻型民用无人驾驶航空器在无人驾驶航空器管制空域内飞行的人员，应当具有完全民事行为能力，并按照国务院民用航空主管部门的规定经培训合格”。目前采购的无人驾驶航空器空机重量不超过4 千克且最大起飞重量不超过7 千克，根据条例要求，在管制空域时需要持证进行飞行。加上全市调查样方中会涉及条例规定的管制空域，如没有无人机飞行执照，外出飞行会存在违规风险。

（三）车载设备与农业调查业务需求不适配

一是无法实时获取卫星影像大数据。由于粮食产量调查需要的是现势影像和往期历史影像，而农产量调查车只能实现本地数据处理和样本村样方的无人机影像采集，无法实时获取大范围现势卫星影像大数据，导致应用范围受限。二是无法实时获取长势监测情况。现在样本村主要农作物依靠实割实测来评测长势成果，而车载设备中没有估产设备来进行实时长势监测，无法通过苗情监测来提高粮食生产预警能力。三是通讯网络受限。不少样本村位于荒山野岭，手机和网络没有信号或信号很弱，由于没有车载信号增强器，无法实现数据实时上传。如后期出现航片拼接失败，只能再赴现场重飞。

| 对策建议

（一）消除安全隐患，保障飞行安全

一是执证上岗。合法从事无人机的飞行和业务，就需要考取民航局云执照、大疆UTC 技能证书等，保障调查队系统守法飞行的良好形象。二是采购机损险和第三者责任险。针对目前无人机所存在的安全隐患，以及大疆无人机“随心换”只能保险2 年的情况，建议统一采购无人机机损险和第三者责任险，由总队牵头，各市县局队协同，统一签订采购合同，方便2 年后无人机的保养和维护，以应对无人机售后风险隐患和承保操作无人机时发生的对第三者人员及财物造成的伤害或损失。三是增强野外通讯信号。配备车载信号增强器，解决手机和网络在荒山野岭没有信号或信号很弱问题，实现数据实时上传，快速拼接航片。

（二）配备移动卫星地面站，多管齐下解决影像来源

农产量调查车配备移动卫星地面站，实现对高分系列卫星影像大数据的实时通信，为现场获取实时影像大数据。无人机系统通过搭载低成本多光谱传感器，达到现在只有卫星才能实现的多光谱成像，开展长势监测并计算植被指数。针对不同农作物在不同生育期间光谱反射率曲线进行植被判别，采用深度学习算法可以对农作物类型进行较为精准识别，提取农作物类别和种植面积。充分应用遥感技术和航测技术对粮食主产区主要农作物进行遥感测量，测量时空分布大数据，通过两种影像源实现现场态势感知，让农产量调查车由采集平台向大数据分析平台转化，为搞准粮食播种面积提供客观决策依据。

（三）立足车载平台，打造遥感监测平台

将星载平台、无人机平台、车载平台、现场监测平台通过无线技术实现云框架系统整合，将大数据的多维度、平台的多样性、计算的高速性，实现空天地定位，遥感时空耦合和数据同化，并对样本村主要农作物配备基于物联网的作物监测系统，进行实时长势监测，通过叶面积指数来反映长势情况、耕地墒情和灾害监测，为搞准农作物产量预测提供客观决策依据。