基于無人機遙感簡析煙田監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

尹 慧，蔣云雨，姜自斌，周 龍，武 博

（1.山東臨沂煙草有限公司平邑分公司，山東 臨沂 273300；2.山東臨沂煙草有限公司，山東 臨沂 276000）

煙草種植是中國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重點內(nèi)容，比如平邑地區(qū)，煙草種植就比較大。以2021年為例，平邑?zé)煵莨痉N植1.15萬畝，畝種植1200株，畝產(chǎn)130 kg；在種植過程中，煙草常見的病蟲害有病毒病、黑莖病、煙青蟲以及蚜蟲。因為煙草種植面積廣泛，進行管理有一定難度，借助無人機遙感技術(shù)，可以實現(xiàn)對種植面積、種植株數(shù)、產(chǎn)量預(yù)估、病蟲害監(jiān)測、災(zāi)后評估受災(zāi)面積、水分檢測、土壤水分監(jiān)測等方面的遠程監(jiān)測，不僅可以保證對煙草種植的全過程跟蹤，還可以減輕種植人員的工作量，具有多重意義。

1 無人機遙感系統(tǒng)概述

無人機遙感技術(shù)就是以無人機設(shè)備為載體，植入遙感系統(tǒng)，借助其他先進技術(shù)的支持，進行無人操控的遠程監(jiān)控技術(shù)，可以在高空中監(jiān)測地面上的事物，包括植被。該系統(tǒng)還可以實時拍攝現(xiàn)場信息，傳輸給計算機中心進行處理。同時該技術(shù)可以實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)分析、建模和處理應(yīng)用，快捷、靈活、經(jīng)濟性強。而且無人機本身體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)比較牢固，可以持續(xù)運行，運維便利，使用成本較低，所以在多個領(lǐng)域出現(xiàn)廣泛應(yīng)用，比如環(huán)境監(jiān)測、城市管理、災(zāi)后救援等方面。

2 煙田監(jiān)測技術(shù)路線

2.1 數(shù)據(jù)獲取

包括大范圍和小范圍的數(shù)據(jù)獲取，對于大范圍獲取，選擇的是固定翼無人機。這需要先設(shè)計航線，申請空城，對地面外業(yè)測量做好規(guī)劃，之后進行航攝飛行，拍攝過程中實時下載航片，同時進行格式轉(zhuǎn)化，檢查航片質(zhì)量是否合格，如合格，即對影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，對最終監(jiān)測成果進行整理和驗收。如果航片質(zhì)量檢查不合格，則需要進行補飛設(shè)計，重新飛一遍，最終獲取質(zhì)量合格的航片。但是該設(shè)備的使用需要事先設(shè)計監(jiān)測程序，結(jié)合煙田的地形、地勢、高差、政區(qū)、航高、方向等因素，綜合進行設(shè)計，保證可以清晰準確的獲取想要的數(shù)據(jù)信息。對于小范圍樣本獲取，選擇四旋翼無人機，但其使用前提是事先選擇好監(jiān)測區(qū)域，保證有代表性，在區(qū)域內(nèi)設(shè)置控制點，計算出所選區(qū)域的實際面積，利用設(shè)備進行航拍，獲得清晰影像圖片，然后對煙田管理事項進行統(tǒng)計分析[1]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

在獲取航拍到的影像圖片之后，利用計算機的軟件程序，將圖像復(fù)原，原型就是當(dāng)初航拍的位置。這樣可以計算出航拍地點的坐標，從而在大地圖上建立起三維虛擬模型，最終形成真實的原地區(qū)景象圖。最后是根據(jù)影像進行計算，得出煙草的種植密度，最終獲得面積和植株數(shù)量。具體流程是：無人機影像及pos數(shù)據(jù)-提取特征點，進行影像匹配-空三解算與區(qū)域網(wǎng)平差-影像拼接輸出全景圖-矢量繪制-（納入密度參數(shù)）-自動統(tǒng)計面積及植株數(shù)。

3 無人機遙感技術(shù)在煙田監(jiān)測的具體應(yīng)用

3.1 估測種植面積

煙草種植面積是關(guān)系到對煙田管理和發(fā)展決策的基礎(chǔ)，對種植面積進行估測有助于掌握煙草的種植情況，掌握實際種植面積，從而可以預(yù)測當(dāng)年的煙葉產(chǎn)量。過去進行監(jiān)管一般是借助GPS技術(shù)，對煙田位置進行定位，然后組織從業(yè)人員進行人工丈量，通過丈量數(shù)據(jù)進行計算，得出預(yù)測值；雖然這樣做比較準確，但費時費力，從業(yè)人員的工作量很大，而且只能一次性丈量小面積的煙田，效率不高。而利用該技術(shù)可以直接拍攝清晰影像，傳輸?shù)接嬎銠C中可以轉(zhuǎn)化成圖片，按照比例關(guān)系進行處理和計算，明確煙田的區(qū)域范圍，然后支持對面積的估測[2]。

3.2 監(jiān)測煙草長勢

煙草作為一類經(jīng)濟作物，主要是依靠葉片產(chǎn)量獲取經(jīng)濟收益。這意味著煙草的長勢對其產(chǎn)量有直接影響。在大面積種植的情況下，針對長勢進行監(jiān)測是借助遙感衛(wèi)星，獲取所種植的煙草的光譜信息，結(jié)合地形條件進行綜合分析，建立起煙草監(jiān)測模式，直觀監(jiān)測煙草長勢，相關(guān)數(shù)據(jù)還可以指導(dǎo)煙草種植工作，分析存在的問題，引導(dǎo)先進技術(shù)的使用等。系統(tǒng)中納入高光譜成像技術(shù)，可以用于獲取不同尺度上的農(nóng)作物長勢監(jiān)測、農(nóng)田環(huán)境參數(shù)，同時還可以進行農(nóng)學(xué)參數(shù)反演等工作。操作人員從高光譜影像上提取的地物光譜精度較高，可以滿足監(jiān)測要求，同時監(jiān)測圖片可以幫助從業(yè)人員計算煙草的長勢指標，進而綜合數(shù)據(jù)行程空間分布圖，用于對煙草產(chǎn)量情況進行直觀展示[3]。

3.3 監(jiān)測煙草病蟲害及產(chǎn)量

借助該技術(shù)，通過遠程操作的方式，對病蟲害類型以及破壞程度進行全方位勘察和巡視，可以直觀和生動的反映出病蟲害發(fā)生的狀態(tài)，精準定位病害區(qū)域，為后續(xù)防治工作奠定基礎(chǔ)。該技術(shù)可以將勘查結(jié)果以圖片的方式實時發(fā)送到移動終端中，以供技術(shù)人員進行分析。因為煙田中出現(xiàn)病蟲害的情況比較普遍，而如果單靠人工進行肉眼觀察，很難及時發(fā)現(xiàn)病蟲害的苗頭，一般都是在危害比較嚴重后才能發(fā)現(xiàn)，影響到防治工作開展。而借助該技術(shù)，可以實現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控，通過事先預(yù)設(shè)的程序，如果拍攝到的煙田影像圖片出現(xiàn)異常，設(shè)備會做出警示，提醒種植和監(jiān)測人員關(guān)注，及時對病蟲害進行處理。

產(chǎn)量估測的精準度，對于種植人員決策何時投入市場，如果控制煙草生長狀況等有關(guān)鍵意義。因為煙草種植受很多因素影響，特別是自然條件，如果當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)惡劣氣候，就可能影響煙草生長。過去進行煙草產(chǎn)量估測一般是選擇用植株數(shù)量、長勢等預(yù)測，或者直接詢問有經(jīng)驗的煙農(nóng)進行估算，很受人為因素的干擾，并且給出的結(jié)果難以量化。但是該技術(shù)可以解決這些問題，借助該技術(shù)對煙田進行監(jiān)測，定期通過收集到的影像圖片計算預(yù)測產(chǎn)量，如果出現(xiàn)下降趨勢，要及時派遣專家進行觀測處理，解決阻礙煙草生長的問題。

3.4 在病蟲害防治方案制定和執(zhí)行中

首先是利用該技術(shù)獲得的煙田生長勘察圖片比較清晰，技術(shù)人員進行分析可以明確煙田中所發(fā)生的病蟲害的類型和特點，了解危害范圍。特別是對于偏僻、陡峭的地區(qū)，依靠人工進行病蟲害防治有些困難，而借助該技術(shù)可以發(fā)揮優(yōu)勢，減少對人工的依賴，提升防治工作的水平。其次，該技術(shù)可以適當(dāng)搭載一些農(nóng)藥，然后飛行到特定的區(qū)域中噴灑，擴大病蟲害的防治面積，減少人力的應(yīng)用。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對無人機的遠程操控，這樣就可以在需要治理的區(qū)域自動化噴灑藥物，提高工作的效率。而且無人機本身的轉(zhuǎn)動會擴大藥物噴灑的覆蓋面，促使藥物穿透到樹木中，提高防治效果。另外，該技術(shù)的應(yīng)用需要與其他適宜技術(shù)相配合，精準確定病蟲害發(fā)生最嚴重的地方，進行針對性控制。

4 結(jié)語

在煙草種植工程中，借助無人機遙感技術(shù)，科學(xué)規(guī)劃監(jiān)測作業(yè)流程，可以獲得高精度、實時的煙田影像，對影像內(nèi)容進行分析，可以掌握煙田的種植面積、估算產(chǎn)量、防治病蟲害等，對煙草科學(xué)種植有積極的作用。