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无人机遥感能为农业做些什么?

 

当(dāng)今无(wú)人机飞(fēi)防(fáng)服务(wù)势头正(zhèng)劲,载着药罐的无人机已经得到广泛认可,但与(yǔ)此同时,农用无(wú)人机的另一个潜在应用也不容忽视——农业遥(yáo)感。遥(yáo)感(gǎn)被认为是农用无(wú)人(rén)机(jī)的另一个潜在市场,随着精准农(nóng)业步(bù)伐的加快,遥感代表着农用无人(rén)机的另(lìng)一个广阔未来。

1、监(jiān)测病虫害

病虫害(hài)是影(yǐng)响作物产量的(de)直接因素,是(shì)世(shì)界各国的主要农业灾害之一。大规(guī)模的病虫害会给农业(yè)生产和国民(mín)经济造(zào)成(chéng)巨大损失。据联(lián)合(hé)国粮农组织统计,世(shì)界粮食(shí)产量因病(bìng)虫(chóng)害造成的损(sǔn)失占(zhàn)粮食总产(chǎn)量(liàng)的(de)20%以上(shàng)。

利用遥感监测技术跟追病虫害进(jìn)展情况,有利于展开精准(zhǔn)治(zhì)理工作,做到及时发现、及时处(chù)理,也有利于(yú)早期防治。其(qí)原理是,病虫害会造成作物叶片细胞结构色素(sù)、水(shuǐ)分(fèn)、氮元素等性质发生变化,从而引起(qǐ)反射光谱的变化,所以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(míng)显差异。

在美(měi)国(guó)、澳大(dà)利亚等地,用无人机遥感监测并(bìng)不罕见。比如,美国有种植户用无人(rén)机(jī)监测(cè)的麦田锈病(bìng)情况,从(cóng)中可以明显看出(chū)哪里(lǐ)是重灾区。也有人用无人机查看苜(mù)蓿地里的菟丝子(一种恶(è)性(xìng)寄生性杂(zá)草,主要寄生于(yú)苜蓿等(děng)豆科作物,苜蓿生长易受到恶(è)性(xìng)杂草菟丝(sī)子的严重危害,常造成苜蓿植株成片死(sǐ)亡),从而能在灾害大规模爆发前做(zuò)到提早(zǎo)预防。

2、统计分析植株(zhū)数量和(hé)成苗率

无(wú)人机遥感测绘的另一个用途是统(tǒng)计植株(zhū)数量。相比于耗时且只能抽样调查的手动计数(shù),无(wú)人机统计更加全面,准确性更高。

据报道,20166月,基于云计算的无人机软件和制图解决方案供应商Drone Deploy、农业合作分析公司Aglytix和农业技(jì)术(shù)公(gōng)司(sī)AgriSens合作,为农作物提供生长分析工(gōng)具(jù),通过农作物数量统计、农作(zuò)物占地面积来分析(xī)当(dāng)前农作物是否为最佳生长距离。

2016年(nián)的植物生长季,加利福尼亚北部(bù)的一家私人农场(chǎng)请(qǐng)来(lái)第三方公司(sī)为农场74英亩的耕地移植了数万番茄植株。为了避免该公司没有严格按照移植数量收费,私(sī)人农场(chǎng)工作(zuò)人员(yuán)利(lì)用AgriSens公司的无人机应用软件快速实现了数量统(tǒng)计。

除此之外,用户也(yě)可(kě)以借助无人机(jī)遥感测绘的硬件和(hé)软件技术,分析(xī)新栽培植株的成苗率,以(yǐ)确定重新栽种方(fāng)案。

3.分(fèn)析土(tǔ)壤属(shǔ)性

当今,世界农业现代化(huà)大(dà)国(guó)都在提倡精准农业,要求(qiú)根据土壤性状,在(zài)作物生长过程中调节对作物的要(yào)素(sù)投入,以最低的投入(rù)达到最(zuì)高的产出(chū),并(bìng)高效利(lì)用(yòng)各(gè)类农业(yè)资源,改善环境,取得较好的经(jīng)济效益(yì)和环境效益。

作为空中监测技术,农业遥感(gǎn)是推动农业走(zǒu)向精准化的有利(lì)手段。农(nóng)业(yè)遥感(gǎn)监测主要以作物、土壤为对(duì)象。作物(wù)在(zài)可见光-近红外光谱(pǔ)波段中,反射率主要受到作(zuò)物(wù)色素(sù)、细胞结构和含水率的影响,特别是在可见(jiàn)光红光波段有很强吸(xī)收波段,在近(jìn)红外波(bō)段有很强(qiáng)的反(fǎn)射特(tè)性(xìng),可以被用来进(jìn)行作物(wù)长势、作(zuò)物品质、作物病虫(chóng)害等方面的监测。土(tǔ)壤可见-近红外(wài)光谱总(zǒng)体反射率相对(duì)较低(dī),在(zài)可(kě)见光(guāng)谱波段主要受到土(tǔ)壤有机质、氧化铁等赋色成分的(de)影响。因此,土(tǔ)壤、作物(wù)等地(dì)物固有的反射光谱特性是农(nóng)业遥(yáo)感的基(jī)础。

在精(jīng)准农业(yè)中,有(yǒu)一个重要的(de)概念(niàn)叫做归(guī)一化植被(bèi)指数。根(gēn)据专业解释,归一化(huà)植被指数是反(fǎn)映农作(zuò)物长势和营(yíng)养信息的重要(yào)参数之一,计算(suàn)方式是近红外波段(duàn)的反射值与红光波段的反射值之(zhī)差比上两(liǎng)者(zhě)之(zhī)和(hé)。归(guī)一化(huà)植(zhí)被指数(shù)可以为(wéi)改善作物健康(kāng)提(tí)供参考依据,比如告诉(sù)你农田(tián)是(shì)否需要额外施肥。

4.自然灾害后作物受损(sǔn)评估(gū)

农(nóng)作物(wù)的整个生长(zhǎng)发育过程(chéng)与气象息息相关,气候(hòu)变化和灾害(hài)性天气是(shì)直接影响粮食生产和农民增收,影响农业的平稳快速发展。不可避免的自然灾害发生后(hòu),遥感(gǎn)技(jì)术可以用于评(píng)估暴风雨和(hé)冷冻(dòng)灾害后受损情况(kuàng)。

作物遭(zāo)受(shòu)冷冻害后,体内叶绿素活性会减弱,对近红外光和红(hóng)光的(de)敏感度下降会导致植被指数发生变(biàn)化,因(yīn)此植被指(zhǐ)数差(chà)异分析主要是(shì)通过受灾(zāi)前后植(zhí)被指数的差值来判断受灾(zāi)情况。

在(zài)暴风雨灾害中(zhōng),研究(jiū)表(biǎo)明(míng),水浸后的植被可见光波(bō)段反(fǎn)射(shè)增强,近红外波段减弱。且近红(hóng)外波段和热波段的(de)组(zǔ)合(hé)可以识别水浸和健康谷类作物。

在(zài)伊利诺伊州的一场强风和(hé)强降雨天气中(zhōng),该州中部地区105英(yīng)亩(613亩(mǔ))的谷物发生(shēng)不同程度损害。无人机服务Overhead Ag公司利(lì)用无人机技术生成灾(zāi)后评估报(bào)告,详细标出了(le)轻微受损区(qū)、中度受损和重度受损区,并且计算出了各自面积和所(suǒ)占比例,让农户可(kě)以直观(guān)了解灾(zāi)后损(sǔn)失情况。

5.总(zǒng)览(lǎn)梯田概况,便于及时整改

梯田(tián)是在坡地上沿等(děng)高线分段建(jiàn)造的阶梯式(shì)农田,其(qí)是一(yī)种(zhǒng)重要的水(shuǐ)土保持措施(shī),具有保水、保土、保肥的(de)作(zuò)用。作为坡耕地治理措施的一种,修(xiū)建梯田可以通过减缓(huǎn)地形(xíng)坡度(dù)、缩(suō)短坡长来改变坡面(miàn)的小地形(xíng),进(jìn)而有(yǒu)效治(zhì)理坡(pō)耕地水土流失。所(suǒ)以,及时获得(dé)梯田的动态指标,可以为梯田建设成效评价、水土(tǔ)流失(shī)防止(zhǐ)、水土资源合(hé)理(lǐ)利(lì)用(yòng)等(děng)提(tí)供科(kē)学(xué)依据。

利用遥(yáo)感技术(shù)生成的高(gāo)分辨率(lǜ)影像对水土保持进行检测,有利于提取更(gèng)详尽的水(shuǐ)土保(bǎo)持措施。利用无人(rén)机(jī)生成高程图可以直观(guān)看(kàn)到(dào)梯田的整体布局(jú),便(biàn)于(yú)梯田(tián)管(guǎn)理者随挖随填,及(jí)时整改阶地和排水系统。

其实卫星(xīng)遥感手段已经发展已久,但卫(wèi)星易受到天(tiān)气环境影响,且轨道周期(qī)较长。比较而(ér)言,无人机灵活性(xìng)更强、易(yì)部署(shǔ)。相(xiàng)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(wú)人机(jī)作为卫星等其他遥感平台的补充(chōng)手段,可以帮助在农业构建起更加完整的监(jiān)测网。源自:宇辰网无(wú)人机资讯

注:本文部分信息(xī)参考自文献(xiàn)《农业遥感研究现状与展望》、文献《基于纹(wén)理的高分遥(yáo)感(gǎn)提取可行性探索》、文献(xiàn)《基于(yú)遥感抽样的农(nóng)作物灾害损失评估方法(fǎ)》和国外网站DroneDeploy等。

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