基于無人機遙感的煙田監(jiān)測技術應用現(xiàn)狀

陳金 劉品超 黃國強 劉琦 李智勇 凌明

摘要 中國烤煙面積和產(chǎn)量居世界第一，作為一種特殊的經(jīng)濟作物，烤煙在國民經(jīng)濟中占有特殊的地位。隨著科學技術的快速發(fā)展，無人機遙感技術應用的領域越來越廣泛，因其具有影像分辨率高、機動靈活、成本低、實時等特點，將其應用于煙田監(jiān)測可大幅度提高煙草行業(yè)現(xiàn)代化水平，促進煙草行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文闡述了無人機遙感技術在煙草種植面積估測、煙草長勢監(jiān)測以及煙草病蟲害及估產(chǎn)監(jiān)測的應用狀況，分析了無人機遙感技術存在的缺陷以及在煙田監(jiān)測中應解決的問題，為改變我國傳統(tǒng)的煙田監(jiān)測技術以及無人機遙感技術在煙田監(jiān)測中的應用提供參考。

關鍵詞 無人機；遙感技術；煙田監(jiān)測；應用

中圖分類號 TP79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）04-0211-02

Abstract Chinese tobacco areas and outputs rank the first in the world.As a kind of special economic crop，tobacco occupies a special position in the national economy. With the rapid development of science and technology，the application field of UAV remote sensing techniques is becoming more and more widely because of its characteristics such as high image resolution，flexible，low cost，real time and so on. The application of tobacco field monitoring by UAV remote sensing can substantially improve the modernization and promote sustainable development of the tobacco industry.This paper expounded the UAV remote sensing technology for tobacco planting area estimation，tobacco growth monitoring，yield estimation and tobacco diseases and pests monitoring. The problems that should be solved in the field monitoring of UAV remote sensing technology were analyzed，so as to provide a basis for changing the traditional monitoring technology of tobacco field and for better application of remote sensing technology in the monitoring of tobacco field.

Key words UAV；remote sensing technology；tobacco field monitoring；application

無人機遙感通過利用遙感傳感器技術、遙測遙控技術、遙感應用技術、通訊技術、GPS差分定位技術和無人駕駛飛行器技術，實現(xiàn)智能化、自動化、專用化快速獲取地震災區(qū)、自然環(huán)境、國土資源等空間遙感信息，同時完成數(shù)據(jù)處理、建模和應用分析的應用技術，具有快速、機動、經(jīng)濟等優(yōu)勢。無人機具有機體重量輕、結構強度高、使用和采購成本低、維護方便及硬件方面兼容性高等特點，由研究開發(fā)逐步發(fā)展至實際應用，目前廣泛應用于各個領域，主要包括環(huán)境監(jiān)測與治理、資源管理、城市管理、洪澇防治、災后救援、災情評估等方面[1-2]。

我國是煙草種植大國，在計算種植面積、觀察監(jiān)測煙田煙草的生長長勢以及對煙草病蟲害監(jiān)測等方面均采用耗時、耗力、成本高的傳統(tǒng)方法。無人機遙感監(jiān)測技術是高效的煙草種植管理手段，利用其信息化的特點將煙田的種植面積、煙草生理數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上進行分析，為決策者提供實時、有效、精確的數(shù)據(jù)，有利于顯著提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，無人機遙感在煙田監(jiān)測方面具有較大的應用價值，為煙田管理的新趨勢。

1 無人機遙感技術在煙田監(jiān)測的應用

1.1 煙草種植面積估測

長期以來，煙草種植面是國家宏觀管理和決策的重要經(jīng)濟信息，煙草種植面積的估測有助于掌握煙草種植情況、監(jiān)管煙農(nóng)種煙規(guī)模，同時對煙草的產(chǎn)量和供應量有明晰的掌控，對控制規(guī)模、穩(wěn)定產(chǎn)量也有重要意義。傳統(tǒng)的煙葉種植面積監(jiān)管方法為利用衛(wèi)星定位技術定位煙田地理坐標，進而通過丈量進行種植面積的計算，存在耗時、耗力、成本高等缺點，且只能進行局部抽查，無法獲取精確的種植面積數(shù)據(jù)。隨著無人機遙感技術的快速發(fā)展，利用無人機搭載的可見光照相機可獲得清晰的煙田影像，分辨率優(yōu)于10 cm，通過制作1∶1 000專題圖產(chǎn)品，根據(jù)煙田的獨有特征，結合衛(wèi)星遙感影像，通過特征識別與影像分割技術，自動識別并分割出煙田輪廓，必要時進行人工調(diào)整，形成煙田輪廓專題影像圖，即可以獲得適合面積估測的高時空分辨率影像。通過對遙感影像進行數(shù)字化分析，可以準確地量算地塊面積。截至目前，已有諸多國內(nèi)外學者對無人機遙感技術對于煙田的應用進行了研究，如彭光雄等[2]利用美國的Landsat TM影像對瀘西縣烤煙面積遙感監(jiān)測最佳時相的選擇；吳孟泉等[3]利用TM和SPOT-5 2種遙感影像融合提取復雜山區(qū)煙草種植面積。通過一系列研究表明，無人機遙感系統(tǒng)在實現(xiàn)節(jié)約成本的同時，不失其準確性，使用無人機系統(tǒng)可以有效地估測地塊面積。

1.2 煙草長勢監(jiān)測

煙草是一種葉用經(jīng)濟作物，長勢的好壞直接影響了煙草的產(chǎn)量。大面積煙草長勢遙感監(jiān)測的基本方法是利用覆蓋面積大、周期短的遙感衛(wèi)星影像，對地面煙草吸收的光譜信息和地面實際情況進行分析，結合常規(guī)的方法和資料，建立煙草監(jiān)測模式，用以監(jiān)測煙草長勢，發(fā)布苗情監(jiān)測通報，以指導生產(chǎn)。利用無人機的高光譜成像技術在不同尺度上的農(nóng)作物長勢監(jiān)測、農(nóng)田環(huán)境參數(shù)獲取、農(nóng)學參數(shù)反演等方面已經(jīng)有了較為廣泛的應用，從高光譜影像上提取的地物光譜精度基本滿足要求，同時其成像特點為各項農(nóng)作物長勢指標空間分布的定量化、可視化表達提供了巨大的優(yōu)勢。Xiang等[4]開發(fā)了低成本農(nóng)業(yè)自主無人機遙感系統(tǒng)，用于獲取高時空分辨率圖像監(jiān)測草坪施用草甘膦后的生長變化。Schmidt等[5]基于多時段高分辨率的成像技術，建立評估模型和診斷模型對作物生長狀況進行監(jiān)測。綜上可知，利用無人機遙感技術可以反應并預測煙草的生長狀況。

1.3 煙草病蟲害及產(chǎn)量監(jiān)測

煙草估產(chǎn)對穩(wěn)定煙草市場、提前預防產(chǎn)量下降等方面具有重要作用。目前，煙草估產(chǎn)工作多采用數(shù)株、看長勢、問煙農(nóng)、估產(chǎn)量、聽匯報等方式完成，易受到人為因素的干擾，難以給出定量化的結果。已有研究表明，無人機在農(nóng)田上空精確抽樣，通過高光譜圖像分析，能夠宏觀、微觀地分析作物病蟲草害[6]。通過衛(wèi)星及無人機搭載的高光譜成像儀，制作病蟲害和估產(chǎn)專題圖，根據(jù)煙草所特有的光譜特征，評估長勢，預估煙草產(chǎn)量，并在煙草病蟲害爆發(fā)的初始時期及時判別，防止大規(guī)模災害的發(fā)生。

2 存在的問題

無人機遙感作為一種新型的農(nóng)作物監(jiān)測手段，具有機動性強、抗干擾能強、起降簡單、監(jiān)控區(qū)域受制限小、工作效率高等優(yōu)點[7]，可有效避免衛(wèi)星遙感和載人航空遙感的缺陷，在農(nóng)業(yè)領域具有較大的應用潛力。我國無人機遙感技術起步較晚，在農(nóng)業(yè)上的應用較少且應用時間較短[8]，目前無人機遙感技術在煙田監(jiān)測中應用仍存在以下3個問題。

2.1 傳感器無法滿足系統(tǒng)需求

我國無人機技術起步交晚，發(fā)展尚未成熟，大部分傳統(tǒng)的傳感器無法滿足系統(tǒng)需求[8]。如目前無人機遙感中使用的傳感器多為普通數(shù)碼相機或?qū)挷ǘ蔚亩喙庾V相機，高光譜傳感器使用較少，獲取的影像光譜分辨率低，農(nóng)作物長勢的細微變化在圖像上難以得到體現(xiàn)。

2.2 機身穩(wěn)定性低

由于無人機質(zhì)量輕、體積小、機身穩(wěn)定性低，易受惡劣天氣、風速等因素的影響，導致獲取的影像存在像幅較小、傾角過大、傾斜方向不規(guī)律以及飛行高程變化明顯等問題，影響影像精度，需進行幾何校正。

2.3 重返時間長、時效性差

農(nóng)作物生長發(fā)育較快，生產(chǎn)需求變化快，而監(jiān)測通常需要獲取指定時間段的影像。高分辨率資源衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)重返時間長、時效性差，因而無法在短時間內(nèi)獲得指定范圍的數(shù)據(jù)。

3 結語

目前，我國傳感器技術迅猛發(fā)展，使國產(chǎn)無人機具有實時監(jiān)測能力[9]。現(xiàn)階段無人機遙感研究的工作重點為提高無人機自身穩(wěn)定性、飛行穩(wěn)定性以及抗風險能力，通過科學規(guī)劃作業(yè)流程以獲得更高精度影像。隨著科學技術的進步，無人機遙感技術將為煙草行業(yè)現(xiàn)代化水平的提高提供一個更好的平臺。

4 參考文獻

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[3] 吳孟泉，崔青春，張麗，等.復雜山區(qū)煙草種植遙感監(jiān)測及信息提取方法研究[J].遙感技術與應用，2008，23（3）：305-309.

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