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无(wú)人机遥(yáo)感能为农业做些什么?

 

当今无(wú)人机飞(fēi)防服务(wù)势头正劲,载(zǎi)着药罐的无人(rén)机(jī)已经得到广泛认可,但(dàn)与此(cǐ)同时,农用无人机的另一个潜在应用也(yě)不容(róng)忽视——农业(yè)遥感。遥感(gǎn)被认为是农用无人机(jī)的另(lìng)一个(gè)潜在市(shì)场,随着精准农(nóng)业步伐的加快,遥感代表着(zhe)农(nóng)用(yòng)无(wú)人(rén)机的另一(yī)个广(guǎng)阔未来。

1、监测病虫害

病虫害(hài)是影响作物产(chǎn)量(liàng)的直接(jiē)因素(sù),是世(shì)界(jiè)各国的主要农业灾害之一。大(dà)规模的病虫(chóng)害会给农业(yè)生(shēng)产和(hé)国民经(jīng)济造(zào)成巨大损失。据联(lián)合国粮农组织统计,世界粮食产量因病虫害造成的(de)损失(shī)占(zhàn)粮(liáng)食(shí)总产量的20%以上。

利用遥感监测技(jì)术跟追病(bìng)虫害(hài)进(jìn)展情(qíng)况,有利于(yú)展开(kāi)精准治理工(gōng)作(zuò),做(zuò)到及时发现、及(jí)时处理,也有利于早期防治。其原理(lǐ)是,病虫害会(huì)造(zào)成作物(wù)叶片细胞结(jié)构色素、水分、氮元素等性质发生(shēng)变化,从(cóng)而引起反射光谱的变化,所(suǒ)以病虫害作物的反(fǎn)射光谱和正常作物可见光(guāng)到热红(hóng)外波段的反射光谱有明显差异。

在(zài)美国、澳大利亚等(děng)地,用无人机遥感(gǎn)监测并不罕见。比如(rú),美(měi)国有种植户用无(wú)人机监测的麦田锈病情况,从中可以明显看出哪里是重灾区(qū)。也有人用无人机查看苜(mù)蓿(xu)地里的菟丝子(zǐ)(一(yī)种恶(è)性寄(jì)生性(xìng)杂(zá)草,主要寄生于苜蓿等豆科作物,苜蓿生长易受到恶(è)性杂草菟丝子(zǐ)的(de)严重危害,常造成苜蓿植株成片死亡),从而能在灾害大规模(mó)爆发(fā)前做到提早预防。

2、统计分析植株数量和成苗率

无人机(jī)遥感(gǎn)测绘的另一个用途(tú)是统计植株数量。相比于耗时且只能抽样调查的手动计数(shù),无人(rén)机(jī)统计更加全面,准确(què)性更(gèng)高。

据报道,2016年(nián)6月(yuè),基于云计算的无(wú)人机(jī)软件和制图(tú)解决方案供应商Drone Deploy、农业合作分析公司Aglytix和农业技(jì)术公司(sī)AgriSens合作,为农作物(wù)提(tí)供生长分析(xī)工具,通过农作物数量统计(jì)、农作物占地面积来分析当前农作物是否(fǒu)为最佳生长距(jù)离。

2016年的植物生长(zhǎng)季(jì),加利福尼亚北部的一家私人农场请来第三方公司为农场74英亩的耕地移(yí)植了数万番(fān)茄植株。为了避免该公司没有严(yán)格按照移植数量收费,私人农场工作(zuò)人员(yuán)利(lì)用AgriSens公(gōng)司的无人机应(yīng)用软(ruǎn)件快速(sù)实现了数量统计。

除此之外,用户也可以(yǐ)借助无(wú)人机遥感(gǎn)测绘的硬件和软件技术,分析新栽培植株的(de)成苗率,以确定(dìng)重新栽种方案。

3.分析土(tǔ)壤属性

当今(jīn),世界农业现代化(huà)大(dà)国都在提倡精准农(nóng)业,要求根据土壤性状,在作(zuò)物生长过程(chéng)中调节对作物的要素投入(rù),以最(zuì)低的投入达到最高的产出,并(bìng)高效(xiào)利用各类(lèi)农业(yè)资(zī)源(yuán),改善环境,取得较好的经济效益和环境效(xiào)益。

作为空中(zhōng)监(jiān)测技(jì)术,农(nóng)业(yè)遥感是(shì)推动农业走向精准化的(de)有利手段。农业遥感监测主要以作物、土壤为对象。作物在可(kě)见光(guāng)-近红外光谱波段中,反(fǎn)射率主要受到(dào)作物色素、细(xì)胞结构和(hé)含水率的影响,特别是(shì)在可见(jiàn)光红光波段有很强吸收波段,在近(jìn)红外波(bō)段(duàn)有很强的反射特性,可以被用来进(jìn)行(háng)作物长(zhǎng)势、作物品质(zhì)、作(zuò)物病虫害等方面的(de)监(jiān)测。土壤(rǎng)可见-近红外光谱总体(tǐ)反射率相(xiàng)对较(jiào)低,在可(kě)见光谱波段主要受到(dào)土壤(rǎng)有机(jī)质、氧化(huà)铁等赋色成分(fèn)的(de)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(nóng)业中,有一个重(chóng)要的概念(niàn)叫做归一化植被(bèi)指数。根(gēn)据(jù)专业解释,归(guī)一化植被指(zhǐ)数是反映农作物长(zhǎng)势和营养信息(xī)的重要参数之一(yī),计(jì)算方式是近红外波段的反射(shè)值与红(hóng)光波段的反射值之差比上两(liǎng)者之和。归(guī)一化植(zhí)被指数(shù)可以为改善作物健康提供参考依据,比(bǐ)如告诉你农(nóng)田是否(fǒu)需要额外(wài)施肥。

4.自然灾害后作物受(shòu)损评(píng)估

农作物的(de)整个生长(zhǎng)发育(yù)过程与(yǔ)气(qì)象(xiàng)息息相关,气候变化(huà)和灾害性天气是直接影响粮食生产和(hé)农民增(zēng)收,影响农业的平稳快速发展。不可避免的自然(rán)灾害发(fā)生后(hòu),遥感技术(shù)可以用于评估暴风(fēng)雨和冷(lěng)冻灾害后受损(sǔn)情况(kuàng)。

作(zuò)物遭受冷冻害后,体内叶绿素活性会减弱,对近红外光和(hé)红光的敏(mǐn)感(gǎn)度下降(jiàng)会导(dǎo)致(zhì)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(zāi)前后植(zhí)被指数的差值(zhí)来判断(duàn)受灾情况。

在暴风雨灾害中,研究(jiū)表明,水(shuǐ)浸(jìn)后的植被可见光波(bō)段反(fǎn)射增(zēng)强,近红(hóng)外(wài)波段减弱。且近红外波段和热波段的组(zǔ)合可以识别水(shuǐ)浸和健(jiàn)康谷类作物。

在伊利诺伊州的一场(chǎng)强风和强降雨天气中,该(gāi)州中部地区105英亩(613亩)的谷(gǔ)物发生不(bú)同程度损害。无人机服务Overhead Ag公司利用无人机技术生成灾后评估报告,详细标出了轻微受损区、中度受(shòu)损(sǔn)和重度受损区,并且计(jì)算(suàn)出了各自面积和所占比(bǐ)例,让(ràng)农(nóng)户可以直观了(le)解灾后损失(shī)情况。

5.总览梯田概况(kuàng),便于及时整改

梯田(tián)是在坡地上沿等(děng)高线分段建造的阶梯式(shì)农田,其是一种重要的水土(tǔ)保持措施,具(jù)有(yǒu)保水、保土、保肥的(de)作(zuò)用。作为坡耕地治理(lǐ)措(cuò)施的一种,修建(jiàn)梯田可以(yǐ)通过减缓(huǎn)地形坡度、缩(suō)短坡长来改变(biàn)坡面(miàn)的小地(dì)形,进而(ér)有效治理坡耕地水土流(liú)失。所以,及时获得梯田的(de)动态指标,可以为梯田(tián)建设(shè)成效评价、水土(tǔ)流失防止(zhǐ)、水(shuǐ)土资(zī)源合(hé)理利(lì)用等(děng)提供科学依据。

利用(yòng)遥感(gǎn)技术生成的高分(fèn)辨率(lǜ)影像对水土保持进行检测,有利(lì)于提取更详尽的(de)水(shuǐ)土(tǔ)保持(chí)措施。利用无人机生成高(gāo)程图可以直观看到梯田的整体(tǐ)布局,便(biàn)于梯(tī)田管理者(zhě)随挖随填,及(jí)时整改阶地(dì)和排水系统。

其实卫星遥感手段已经发展已久,但卫星易受到天(tiān)气环境影响,且轨道周期较(jiào)长。比较而言,无人机灵活(huó)性更(gèng)强、易(yì)部署。相信随着无人机平(píng)台、传感(gǎn)器和软件(jiàn)技术的进一步提升,未来无(wú)人机作为卫星等其他遥感(gǎn)平台(tái)的补充手段,可以帮助在农业构建起更(gèng)加完整(zhěng)的监(jiān)测网。源(yuán)自:宇辰网无人机资讯

注(zhù):本文(wén)部分(fèn)信息参(cān)考自文献《农业遥感研究现状与展望(wàng)》、文献《基于纹理的高分遥(yáo)感提取可行性探索》、文(wén)献《基于遥感抽样的农作物灾害损失评估方法》和国外网(wǎng)站DroneDeploy等(děng)。

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