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无人机遥(yáo)感能(néng)为农业(yè)做些(xiē)什么?

 

当今无(wú)人机飞防服务势头正劲,载着药(yào)罐(guàn)的无人机已经(jīng)得到广泛(fàn)认可(kě),但与此同时,农用无人机的另一(yī)个(gè)潜在应用(yòng)也(yě)不容忽视——农业遥感(gǎn)。遥感被认为是农用无人机的另一个潜在市场(chǎng),随着精准(zhǔn)农业步伐的加快(kuài),遥感(gǎn)代表着农用无人机的另一个广阔未来。

1、监测病(bìng)虫害

病虫害(hài)是影响作(zuò)物产量(liàng)的直接因素,是(shì)世界(jiè)各国(guó)的主(zhǔ)要农业灾害(hài)之一(yī)。大规模的病虫害会给农业生产和国民经济造成巨大损失。据联合国(guó)粮农组织(zhī)统计,世(shì)界粮食产量因病(bìng)虫害(hài)造成的损失占(zhàn)粮食总产量(liàng)的20%以上(shàng)。

利用遥感(gǎn)监测技术(shù)跟追病(bìng)虫害(hài)进(jìn)展(zhǎn)情况,有利于展开(kāi)精准治理(lǐ)工作,做到及时发现(xiàn)、及时(shí)处理,也有利于早期防治。其原理是,病虫害会(huì)造成作物叶片细胞结构(gòu)色(sè)素、水(shuǐ)分、氮元素等性质(zhì)发生变化,从而引(yǐn)起反射光谱的变(biàn)化,所(suǒ)以病(bìng)虫害(hài)作物的反射光谱和正常作物(wù)可见光到热红外波段的反射光谱有明显差异。

在美国、澳(ào)大利(lì)亚等地,用无人机遥感监测(cè)并不罕见。比(bǐ)如(rú),美国有(yǒu)种(zhǒng)植户用无(wú)人机监测的麦田锈病情况,从中可(kě)以(yǐ)明显看出哪里是重灾区。也有人用无人机查看苜蓿(xu)地里的菟丝子(一种恶性寄生性杂草(cǎo),主要寄生(shēng)于苜蓿等(děng)豆(dòu)科作(zuò)物(wù),苜蓿生长(zhǎng)易受到恶性杂草菟丝子的严(yán)重(chóng)危害,常(cháng)造成苜蓿植株成(chéng)片死亡),从而(ér)能在灾害大规(guī)模(mó)爆(bào)发前做到提早预防。

2、统计分析植株数量和(hé)成苗率

无人机遥感测绘的另(lìng)一个用途(tú)是统计植(zhí)株数量。相(xiàng)比于耗时且只能抽(chōu)样调查的手动计数,无人机统计更加全面,准确性更高(gāo)。

据报道,20166月,基于云计(jì)算的无人机软件和制(zhì)图解决方案供应商Drone Deploy、农业合作(zuò)分析(xī)公(gōng)司Aglytix和农业技(jì)术公司AgriSens合作,为农作(zuò)物提供生长分析工(gōng)具,通过农作物(wù)数(shù)量统计(jì)、农作物占地(dì)面积来(lái)分析当前农作物(wù)是否(fǒu)为最(zuì)佳生长(zhǎng)距离(lí)。

在(zài)2016年的植(zhí)物生长季,加利(lì)福尼亚北部的一(yī)家私人农场请来第三方公司为农场74英亩的耕地移植(zhí)了数万番茄植(zhí)株。为(wéi)了避(bì)免该公司(sī)没有严格按照移植数量收费,私人农(nóng)场工作(zuò)人(rén)员利用AgriSens公司的无人机应(yīng)用软件快(kuài)速(sù)实现了(le)数(shù)量统计。

除此之外,用户(hù)也可以借(jiè)助无人机遥感测绘的硬件(jiàn)和软件技术,分析(xī)新栽培植株的成苗率(lǜ),以确定(dìng)重新栽种方案。

3.分(fèn)析(xī)土壤(rǎng)属性

当今,世界(jiè)农业现代化大国都在提倡精准(zhǔn)农业,要求根据土壤性状,在作物生长过(guò)程(chéng)中调节对(duì)作物的要素投入,以(yǐ)最(zuì)低的投入达(dá)到最高的产(chǎn)出(chū),并(bìng)高效利用各类农业资源,改善环境(jìng),取得较好的经济效益和环境效益。

作为空中监(jiān)测技术,农业遥(yáo)感是推动(dòng)农(nóng)业走向精准化(huà)的有利手段。农业遥感监测主要以作物、土(tǔ)壤为对象。作(zuò)物在可见光-近红外光谱波段(duàn)中,反射率主(zhǔ)要(yào)受到作物色(sè)素、细胞结构和含(hán)水(shuǐ)率的影响(xiǎng),特别是在可(kě)见光(guāng)红光波(bō)段(duàn)有很强吸收波段,在近红外波(bō)段有很强的反(fǎn)射特性,可(kě)以(yǐ)被用来进行作物(wù)长势、作物品质、作物病虫害等方面的(de)监测。土壤可见-近红外光谱总体反(fǎn)射率相对(duì)较低,在可见光谱波(bō)段主要受到土(tǔ)壤有机质(zhì)、氧化(huà)铁等赋色成分(fèn)的影响。因此,土壤、作(zuò)物等(děng)地(dì)物固有的反射(shè)光谱特性是农业遥感的基础。

在精(jīng)准农业中,有(yǒu)一个重要的概念叫做归一化植(zhí)被(bèi)指数。根(gēn)据(jù)专业(yè)解释(shì),归(guī)一化(huà)植被指(zhǐ)数是反映农作物(wù)长势和营养信息的重要参数之一,计算(suàn)方式是近红外波(bō)段的反射值与(yǔ)红光波段的反射值之差比上(shàng)两者之和。归一(yī)化植(zhí)被指数可以为改善作物健康提供(gòng)参考依据,比如(rú)告诉你农田是否需要(yào)额外施肥。

4.自然灾害后作物受损(sǔn)评估

农作物的整个生长发育(yù)过程与气象息息相关,气候(hòu)变化和(hé)灾害(hài)性天气是直(zhí)接影响(xiǎng)粮食生(shēng)产和(hé)农民增收,影响农(nóng)业(yè)的平稳快速发展。不可避免的自然灾害(hài)发(fā)生后(hòu),遥感技术(shù)可以用(yòng)于评估暴风(fēng)雨(yǔ)和(hé)冷冻灾害后受损情况。

作物遭受冷冻(dòng)害后,体内叶绿素活性会减弱,对近红外(wài)光和红光的敏感度下降会(huì)导(dǎo)致植被指数(shù)发生变(biàn)化,因(yīn)此植被指数差异分析主要(yào)是通过(guò)受灾前后(hòu)植被指数的差(chà)值来判断受灾情况。

在暴风雨灾害中,研究表(biǎo)明,水浸后的植被(bèi)可见光(guāng)波段反射增强,近红外波段减弱。且近红外波段(duàn)和热波段(duàn)的(de)组合(hé)可以识别水浸和健康谷类作物。

在伊利诺伊州的(de)一(yī)场强风和强降雨天气中,该州中部地(dì)区105英亩(613亩)的谷物发(fā)生不同(tóng)程度损害。无人机服务Overhead Ag公司利用无人(rén)机技术生成灾后评估报告,详细标出了轻微受(shòu)损区、中度受损和(hé)重度受损(sǔn)区,并且计(jì)算出(chū)了各(gè)自面积和(hé)所占比(bǐ)例,让农户可以直观了解灾后损失情况。

5.总览梯(tī)田概况,便于及时(shí)整改

梯田是在坡地上沿等高线分段建造的阶梯式农田,其是(shì)一种重(chóng)要的水土保持措施(shī),具有保水、保土(tǔ)、保肥的作用(yòng)。作(zuò)为坡(pō)耕地治(zhì)理措施的一种,修建(jiàn)梯田可以通(tōng)过减缓地形坡度、缩短坡长来改(gǎi)变坡面的(de)小地形,进而有(yǒu)效治(zhì)理坡耕(gēng)地水土流失。所以(yǐ),及时获得(dé)梯田的动态指标,可以为梯田(tián)建(jiàn)设成(chéng)效评价(jià)、水土流失防止、水土资源(yuán)合理利用等(děng)提供科学依(yī)据(jù)。

利(lì)用(yòng)遥感技术(shù)生成的高分辨率影像对水土保持进行检测,有利(lì)于提取更详尽(jìn)的(de)水土保(bǎo)持措施(shī)。利用无人机(jī)生成高(gāo)程图可以(yǐ)直观看(kàn)到梯田(tián)的整体布局,便于(yú)梯田管理者随(suí)挖随填,及时整改(gǎi)阶地和排水系统。

其实(shí)卫星遥感手段已经发展已(yǐ)久,但(dàn)卫星易(yì)受(shòu)到天气环境影响,且轨(guǐ)道周期较长。比较而言(yán),无人机(jī)灵活性更强、易部(bù)署(shǔ)。相信随着无(wú)人机平台、传感器和软件技术的进(jìn)一步提(tí)升,未来无人机作(zuò)为卫星等其他(tā)遥(yáo)感平台的补充手段,可以(yǐ)帮助(zhù)在农业(yè)构建起更加完整的(de)监测网。源自:宇(yǔ)辰网无人机资(zī)讯

注:本文(wén)部分信息参考自文献《农业遥感研究现状与(yǔ)展望(wàng)》、文(wén)献《基于纹理的高分遥感(gǎn)提取可行性探索》、文献(xiàn)《基于遥(yáo)感抽样的(de)农作物灾害损失评估方法》和国外网站DroneDeploy等。

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