農(nóng)用無(wú)人機(jī)多傳感器遙感輔助小麥育種信息獲取

曾有韜 李永平 魏添梅 覃志春 雷紅萍

摘 要：我國(guó)是人口大國(guó)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人口的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)于糧食的需求也越來(lái)越高，對(duì)于該項(xiàng)問(wèn)題中國(guó)采取了農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)以及農(nóng)作物品種改良的方法。小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物之一，對(duì)小麥的品種改良也是其中一個(gè)重要的項(xiàng)目。本文從無(wú)人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用出發(fā)，來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)多傳感器在小麥育種信息獲取中的應(yīng)用進(jìn)行了具體的分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用無(wú)人機(jī)；多傳感器遙感技術(shù)；小麥育種

隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；讲粩嗵岣?，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)科技也在不斷地發(fā)展，目前我國(guó)的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)大量使用了遙感觀(guān)測(cè)技術(shù)，來(lái)對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)狀況以及育種工作提供幫助，與傳統(tǒng)的觀(guān)測(cè)手段相比，遙感技術(shù)觀(guān)測(cè)精度高、對(duì)農(nóng)作物無(wú)損害。由于衛(wèi)星遙感技術(shù)的精度較低，載人飛機(jī)遙感技術(shù)成本較高，因此目前我國(guó)使用的主要還是無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)。

一、無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用研究

1.無(wú)人機(jī)平臺(tái)的選擇.目前市面上無(wú)人機(jī)的種類(lèi)十分多樣化，但能滿(mǎn)足小麥育種信息獲取的只有多旋翼無(wú)人機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在大多數(shù)情況下良好起飛降落，飛行過(guò)程中可以對(duì)飛行速度以及飛行高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且由于多旋翼的浮空能力較強(qiáng)，使其承載力也大量提升，可以搭載多傳感器，適用于不同的觀(guān)測(cè)對(duì)象。

2.傳感器及其作用.進(jìn)行小麥育種信息觀(guān)測(cè)的無(wú)人機(jī)所搭載的傳感器主要有三個(gè)，其一是高清數(shù)碼相機(jī)，其觀(guān)測(cè)的內(nèi)容主要包括了對(duì)小麥種植區(qū)的劃分，對(duì)小麥長(zhǎng)勢(shì)的記錄還有對(duì)小麥倒伏情況三方面。其二是農(nóng)業(yè)多光譜相機(jī)，通過(guò)對(duì)農(nóng)作物頂端以及葉片的近紅外、紅、綠光波的反射，來(lái)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的狀況以及病蟲(chóng)害進(jìn)行觀(guān)測(cè)記錄。其三是熱像儀傳感器，通過(guò)對(duì)作物頂部以及整體種植區(qū)的溫度進(jìn)行分析獲取，來(lái)對(duì)作物蒸騰作用的劇烈程度以及是否發(fā)生干旱現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)。

二、無(wú)人機(jī)多傳感器在小麥育種信息獲取中的應(yīng)用

育種信息的獲取主要是通過(guò)傳感器進(jìn)行圖像拍攝來(lái)進(jìn)行的，借助無(wú)人機(jī)平臺(tái)將傳感器運(yùn)輸?shù)叫←湻N植田的頂部并進(jìn)行分區(qū)域的照片拍攝，之后將拍攝到的照片進(jìn)行拼接，并將拼接出的觀(guān)測(cè)圖結(jié)合GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行矯正。由于搭載的傳感器主要有高清數(shù)碼相機(jī)、多光譜相機(jī)還有熱像儀，育種信息的獲取也與其相關(guān)。

1.高清數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用.高清數(shù)碼相機(jī)主要是對(duì)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)情況進(jìn)行觀(guān)測(cè)，特別是小麥的倒伏情況是其觀(guān)測(cè)的重點(diǎn)。小麥倒伏現(xiàn)象的發(fā)生原因可能是外界原因，例如風(fēng)力過(guò)大、人為踩踏，也有可能是內(nèi)部原因，例如麥穗過(guò)重導(dǎo)致麥稈承受不住發(fā)生倒伏。對(duì)小麥育種信息的觀(guān)測(cè)獲取應(yīng)該盡量對(duì)外部因素進(jìn)行定量化，將監(jiān)測(cè)的重心放在內(nèi)部原因之上。在使用高清數(shù)碼進(jìn)行觀(guān)測(cè)的過(guò)程中，可以根據(jù)小麥種植面積來(lái)將觀(guān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行劃分，然后根據(jù)每一區(qū)域中小麥的倒伏狀況嚴(yán)重度，將其劃分為四個(gè)等級(jí)，并用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí)，來(lái)對(duì)小麥倒伏狀況有一個(gè)大致的了解。

2.多光譜相機(jī)的應(yīng)用.（1）多光譜相機(jī)的小麥葉面積觀(guān)測(cè)。小麥葉的作用是進(jìn)行光合作用，與根部一起為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供必要的養(yǎng)分，通過(guò)對(duì)小麥葉進(jìn)行觀(guān)測(cè)，就能大致知道農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況以及健康程度。常規(guī)的農(nóng)用多光譜相機(jī)主要是對(duì)近紅外、紅、綠三種波段進(jìn)行觀(guān)測(cè)，關(guān)鍵結(jié)果根據(jù)區(qū)域劃分用不同顏色進(jìn)行表現(xiàn)。通過(guò)對(duì)多光譜相機(jī)拍攝到的光譜進(jìn)行分析，能有效地分析出植被指數(shù)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)還有氮素反射指數(shù)。

（2）多光譜相機(jī)的小麥產(chǎn)量預(yù)測(cè)。根據(jù)前面對(duì)小麥葉的觀(guān)測(cè)我們得出了各分區(qū)的植被指數(shù)，之后通過(guò)氮肥優(yōu)化算法，就能對(duì)各區(qū)的小麥產(chǎn)量進(jìn)行大致的預(yù)測(cè)。氮肥優(yōu)化算法是一種對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行估算的計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中，要綜合考慮植被指數(shù)、植物生長(zhǎng)有效溫度還有種植期間的最低最高溫度等因素，是一種較為復(fù)雜的計(jì)算。

3.熱輻射相機(jī)的應(yīng)用.熱輻射相機(jī)對(duì)溫度的觀(guān)測(cè)主要是通過(guò)對(duì)植物表面的紅外輻射進(jìn)行觀(guān)測(cè)，通過(guò)計(jì)算得出小麥表面的溫度，由于熱輻射相機(jī)是借助無(wú)人機(jī)平臺(tái)在高空進(jìn)行觀(guān)測(cè)，因此觀(guān)測(cè)的重點(diǎn)主要小麥頂端。通常情況下熱輻射相機(jī)所能接收到的紅外輻射不光有地面反射還有地面本身散發(fā)的紅外輻射，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算，可以得出真實(shí)的地表溫度以及小麥冠層溫度。之后通過(guò)對(duì)天空溫度、水泥地以及黑白定標(biāo)布的同步觀(guān)測(cè)，來(lái)對(duì)熱輻射相機(jī)的觀(guān)測(cè)圖像進(jìn)行精度上的矯正。通過(guò)熱輻射相機(jī)的觀(guān)測(cè)，能對(duì)小麥生長(zhǎng)的環(huán)境溫度、小麥生長(zhǎng)過(guò)程中溫度的變化以及小麥生長(zhǎng)過(guò)程中有無(wú)發(fā)生干旱現(xiàn)象有一個(gè)很好的認(rèn)識(shí)，再結(jié)合多光譜相機(jī)許葉片的觀(guān)測(cè)，就能對(duì)該種小麥生長(zhǎng)所需的大致水量以及溫度等有一個(gè)很好的認(rèn)識(shí)。

三、結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用極為廣泛的技術(shù)，它不但能應(yīng)用在水利、建筑之類(lèi)的工程建設(shè)，同時(shí)也能應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之上，為農(nóng)作物的育種工作提供幫助。但是目前我國(guó)的無(wú)人機(jī)技術(shù)還存在著很多的問(wèn)題，例如信號(hào)傳輸易受干擾、承載能力相對(duì)較小、航行時(shí)間較短不能滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)等，相關(guān)研發(fā)部門(mén)還要對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，才能更好地為我國(guó)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的發(fā)張?zhí)峁椭?/p>

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