糧食產(chǎn)量監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)調(diào)查的實(shí)踐與思考

□ 趙 彤 祝曉強(qiáng)

無(wú)人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)“無(wú)人機(jī)”，英文縮寫(xiě)為“UAV”，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。無(wú)人機(jī)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)航測(cè)、電力巡邏、交通監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地巡邏、農(nóng)業(yè)植保、災(zāi)后救援、視頻拍攝等方面，可以有效提高工作效率，節(jié)省人力成本，降低工作風(fēng)險(xiǎn)。近三年來(lái)，臺(tái)州糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測(cè)播種面積調(diào)查從傳統(tǒng)的“對(duì)戶(hù)調(diào)查”向“天地空”多方位多角度調(diào)查轉(zhuǎn)變。通過(guò)太空的高分遙感影像大數(shù)據(jù)和北斗衛(wèi)星定位技術(shù)、低空的無(wú)人機(jī)航拍和地面的PDA 調(diào)查，實(shí)現(xiàn)“人、車(chē)、機(jī)”多路協(xié)同，建立面向未來(lái)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)對(duì)地抽樣調(diào)查體系。

| 無(wú)人機(jī)調(diào)查體系應(yīng)用試點(diǎn)取得成效

由于臺(tái)州屬于“七山一水兩分田”地形，山區(qū)和平原差異大。一個(gè)樣方內(nèi)一般有100—200 個(gè)地塊，且很多樣方在山區(qū)，山高路險(xiǎn)，路上時(shí)間較長(zhǎng)，調(diào)查員手持PDA 開(kāi)展調(diào)查需要2—3 個(gè)小時(shí)。加之存在個(gè)別年輕調(diào)查員對(duì)主要農(nóng)作物不熟悉導(dǎo)致填錯(cuò)，或者根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)估算種植面積不準(zhǔn)等情況。因此，“空間遙感測(cè)量，野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查”模式對(duì)解決樣方內(nèi)地塊較為破碎、農(nóng)作物類(lèi)型復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題成效顯著。通過(guò)無(wú)人機(jī)智能調(diào)查系統(tǒng)試點(diǎn)，獲取現(xiàn)勢(shì)無(wú)人機(jī)影像，通過(guò)無(wú)人機(jī)影像及野外調(diào)查解譯結(jié)果為人工智能主要農(nóng)作物自動(dòng)識(shí)別提供模型訓(xùn)練素材。

（一）臺(tái)州無(wú)人機(jī)試點(diǎn)歷程

從2020 年開(kāi)始，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局浙江調(diào)查總隊(duì)在糧食產(chǎn)量調(diào)查中開(kāi)展無(wú)人機(jī)調(diào)查試點(diǎn)項(xiàng)目，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，開(kāi)展糧食產(chǎn)量無(wú)人機(jī)智能調(diào)查系統(tǒng)的測(cè)試，臨海市、玉環(huán)市開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能調(diào)查系統(tǒng)試點(diǎn)。2022 年，新增黃巖區(qū)、仙居縣、溫嶺市等3 個(gè)縣（市、區(qū)）開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能調(diào)查試點(diǎn)。通過(guò)建立可靠的主要農(nóng)作物人工智能識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化農(nóng)業(yè)野外調(diào)查，減少農(nóng)業(yè)調(diào)查人力投入，提高農(nóng)業(yè)調(diào)查工作效率。2023 年，臺(tái)州市糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測(cè)工作協(xié)調(diào)小組辦公室下發(fā)《關(guān)于做好新一輪糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測(cè)工作設(shè)備采購(gòu)更新的通知》文件，要求新增縣（市、區(qū)）高度重視無(wú)人機(jī)智能調(diào)查工作，做好人員、經(jīng)費(fèi)和物資等保障工作。2023年糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測(cè)新樣本正式啟用后，全市5 個(gè)縣（市、區(qū)）共30 個(gè)樣方開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能調(diào)查試點(diǎn)工作。

（二）無(wú)人機(jī)裝備情況

各地強(qiáng)化與地方財(cái)政部門(mén)溝通，積極爭(zhēng)取設(shè)備購(gòu)置及人員工作經(jīng)費(fèi)，現(xiàn)試點(diǎn)縣（市、區(qū)）均已配齊無(wú)人機(jī)設(shè)備和手持移動(dòng)終端，確保無(wú)人機(jī)智能調(diào)查工作高質(zhì)量完成。臺(tái)州隊(duì)及時(shí)聯(lián)系大疆無(wú)人機(jī)在浙銷(xiāo)售公司，詳細(xì)溝通無(wú)人機(jī)功能及各項(xiàng)飛行參數(shù)，根據(jù)臺(tái)州靠海，且多山、多雨、多云霧等特點(diǎn)，擇優(yōu)選定大疆經(jīng)緯M30、御3 等行業(yè)版機(jī)型，協(xié)調(diào)指導(dǎo)試點(diǎn)縣（市、區(qū)）開(kāi)展無(wú)人機(jī)采購(gòu)。目前全市共有5 臺(tái)無(wú)人機(jī)用于糧食播種面積野外調(diào)查，其中2023 年新增大疆無(wú)人機(jī)3 臺(tái)。

（三）農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車(chē)應(yīng)用情況

農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車(chē)采用非承載式底盤(pán)，實(shí)現(xiàn)全時(shí)四驅(qū)越野型，能夠在各種野外條件下運(yùn)行。車(chē)載設(shè)備包括供電系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、RPV 采集器、車(chē)載電腦工作站系統(tǒng)、車(chē)載高清監(jiān)視器和農(nóng)作物快速調(diào)查設(shè)備（無(wú)人機(jī)系統(tǒng)）。發(fā)揮專(zhuān)用平臺(tái)在調(diào)查運(yùn)轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用等方面的作用。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局農(nóng)村司《關(guān)于開(kāi)展農(nóng)產(chǎn)量快速實(shí)地調(diào)查專(zhuān)用平臺(tái)綜合應(yīng)用試點(diǎn)工作的函》要求，浙江調(diào)查總隊(duì)于2020 年5 月組織開(kāi)展農(nóng)產(chǎn)量快速實(shí)地調(diào)查專(zhuān)用平臺(tái)綜合應(yīng)用試點(diǎn)，以提升農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車(chē)的綜合應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車(chē)快速到達(dá)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)，協(xié)同調(diào)度使用無(wú)人機(jī)等車(chē)載設(shè)備開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)成果等綜合應(yīng)用為目標(biāo)，滿(mǎn)足農(nóng)作物面積調(diào)查、農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查、實(shí)割實(shí)測(cè)、快速調(diào)研、救災(zāi)搶險(xiǎn)、突發(fā)事件處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等工作需要，提升調(diào)查能力。

| 臺(tái)州實(shí)踐，多管齊下

（一）培訓(xùn)到位，提升業(yè)務(wù)能力

一是執(zhí)證上崗。組織轄區(qū)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員赴杭州參加無(wú)人機(jī)行業(yè)證（UTC）培訓(xùn)考試，全員順利通過(guò)并取得無(wú)人機(jī)行業(yè)證。二是加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)。詳細(xì)講解《2023 年浙江無(wú)人機(jī)智能調(diào)查工作方案》《浙江省無(wú)人駕駛航空器公共安全管理規(guī)定》、無(wú)人機(jī)AI 智能識(shí)別程序等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提升能力水平。三是強(qiáng)化應(yīng)用訓(xùn)練。圍繞AI 慧飛智能調(diào)查系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)設(shè)備組裝、調(diào)查線路規(guī)劃、實(shí)際飛行操作，影像拼接、處理與解譯等環(huán)節(jié)，組織人員赴調(diào)查村逐一進(jìn)行全流程獨(dú)立操作，并開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)互評(píng)。四是及時(shí)對(duì)接調(diào)查程序開(kāi)發(fā)公司。將調(diào)查系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)匹配度不足等問(wèn)題及時(shí)反饋給系統(tǒng)開(kāi)發(fā)公司，并進(jìn)行及時(shí)修正，確保實(shí)際飛行安全，保障數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（二）實(shí)戰(zhàn)飛行，提升執(zhí)行力

一是對(duì)5 個(gè)試點(diǎn)縣（市、區(qū)）10 個(gè)樣本村開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能調(diào)查樣方飛行，通過(guò)AI 智能識(shí)別程序，對(duì)樣方地塊種植地物進(jìn)行智能作物識(shí)別、填報(bào)。二是利用無(wú)人機(jī)開(kāi)展播種面積調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。通過(guò)對(duì)樣本村樣方進(jìn)行飛行拍攝，認(rèn)真查找個(gè)別出現(xiàn)的底數(shù)不清、地物不符、信息不準(zhǔn)等問(wèn)題，并及時(shí)處理，為今后糧食產(chǎn)量調(diào)查監(jiān)測(cè)工作打好基礎(chǔ)。三是開(kāi)展法治宣傳。利用業(yè)務(wù)培訓(xùn)會(huì)、現(xiàn)場(chǎng)走訪檢查和無(wú)人機(jī)飛行實(shí)操等契機(jī)，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)說(shuō)法，切實(shí)提升法治意識(shí)，確保數(shù)出有據(jù)。

| 存在的困難

（一）智能調(diào)查系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)匹配問(wèn)題

一是系統(tǒng)之間不匹配。因新款無(wú)人機(jī)與調(diào)查系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所屬公司不同，存在二者之間參數(shù)問(wèn)題匹配不到位的問(wèn)題，在野外作業(yè)時(shí)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，導(dǎo)致工作無(wú)法順利開(kāi)展。使用AI 慧飛進(jìn)行面積調(diào)查時(shí)，必須關(guān)閉后臺(tái)運(yùn)行的大疆官方飛控程序，否則兩者之間會(huì)有沖突導(dǎo)致程序無(wú)法正常運(yùn)行。二是無(wú)人機(jī)公司接口開(kāi)放有限制。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)機(jī)型更新很快，可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)查系統(tǒng)不能及時(shí)更新，無(wú)法做到與新機(jī)型同步匹配。無(wú)人機(jī)公司推出新機(jī)型，飛控接口只對(duì)行業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)開(kāi)放，因此新平臺(tái)還存在小部分功能不穩(wěn)定的問(wèn)題。三是底圖配準(zhǔn)難度大。按照軟件公司提供的配準(zhǔn)流程，能夠?qū)崿F(xiàn)快速配準(zhǔn)，但底圖與樣本矢量存在偏移和扭曲，很難達(dá)到完全一致的效果，會(huì)導(dǎo)致部分航片拼接失敗。

（二）飛行面臨較多安全問(wèn)題

一是地形復(fù)雜。無(wú)人機(jī)飛行中安全問(wèn)題是重點(diǎn)，因各種原因都可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)出現(xiàn)飛行安全問(wèn)題。比如空中各種高壓電線和變壓器、起降區(qū)域人員密集度、空中飛鳥(niǎo)等都會(huì)對(duì)飛行任務(wù)造成影響，因此每次飛行要做好飛行區(qū)域安全評(píng)估。二是過(guò)保無(wú)人機(jī)無(wú)法保障安全。目前大疆無(wú)人機(jī)“隨心換”只能保險(xiǎn)2 年，“隨心換”只保障正常使用和操作大疆飛行器過(guò)程中因意外原因?qū)е碌膿p失，2 年內(nèi)可以享受3次置換服務(wù)。每臺(tái)大疆產(chǎn)品僅可綁定一次“隨心換”服務(wù)，但“隨心換”贈(zèng)送的第三者責(zé)任險(xiǎn)總保額較低且固定不能修改。三是無(wú)證駕駛對(duì)飛行存在安全隱患。根據(jù)國(guó)務(wù)院、中央軍委公布《無(wú)人駕駛航空器飛行管理暫行條例》規(guī)定：“真高120米以上空域，空中禁區(qū)、空中限制區(qū)以及周邊空域，軍用航空超低空飛行空域，以及下列區(qū)域上方的空域應(yīng)當(dāng)劃設(shè)為管制空域”“操控輕型民用無(wú)人駕駛航空器在無(wú)人駕駛航空器管制空域內(nèi)飛行的人員，應(yīng)當(dāng)具有完全民事行為能力，并按照國(guó)務(wù)院民用航空主管部門(mén)的規(guī)定經(jīng)培訓(xùn)合格”。目前采購(gòu)的無(wú)人駕駛航空器空機(jī)重量不超過(guò)4 千克且最大起飛重量不超過(guò)7 千克，根據(jù)條例要求，在管制空域時(shí)需要持證進(jìn)行飛行。加上全市調(diào)查樣方中會(huì)涉及條例規(guī)定的管制空域，如沒(méi)有無(wú)人機(jī)飛行執(zhí)照，外出飛行會(huì)存在違規(guī)風(fēng)險(xiǎn)。

（三）車(chē)載設(shè)備與農(nóng)業(yè)調(diào)查業(yè)務(wù)需求不適配

一是無(wú)法實(shí)時(shí)獲取衛(wèi)星影像大數(shù)據(jù)。由于糧食產(chǎn)量調(diào)查需要的是現(xiàn)勢(shì)影像和往期歷史影像，而農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車(chē)只能實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)處理和樣本村樣方的無(wú)人機(jī)影像采集，無(wú)法實(shí)時(shí)獲取大范圍現(xiàn)勢(shì)衛(wèi)星影像大數(shù)據(jù)，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限。二是無(wú)法實(shí)時(shí)獲取長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)情況?，F(xiàn)在樣本村主要農(nóng)作物依靠實(shí)割實(shí)測(cè)來(lái)評(píng)測(cè)長(zhǎng)勢(shì)成果，而車(chē)載設(shè)備中沒(méi)有估產(chǎn)設(shè)備來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，無(wú)法通過(guò)苗情監(jiān)測(cè)來(lái)提高糧食生產(chǎn)預(yù)警能力。三是通訊網(wǎng)絡(luò)受限。不少樣本村位于荒山野嶺，手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有信號(hào)或信號(hào)很弱，由于沒(méi)有車(chē)載信號(hào)增強(qiáng)器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。如后期出現(xiàn)航片拼接失敗，只能再赴現(xiàn)場(chǎng)重飛。

| 對(duì)策建議

（一）消除安全隱患，保障飛行安全

一是執(zhí)證上崗。合法從事無(wú)人機(jī)的飛行和業(yè)務(wù)，就需要考取民航局云執(zhí)照、大疆UTC 技能證書(shū)等，保障調(diào)查隊(duì)系統(tǒng)守法飛行的良好形象。二是采購(gòu)機(jī)損險(xiǎn)和第三者責(zé)任險(xiǎn)。針對(duì)目前無(wú)人機(jī)所存在的安全隱患，以及大疆無(wú)人機(jī)“隨心換”只能保險(xiǎn)2 年的情況，建議統(tǒng)一采購(gòu)無(wú)人機(jī)機(jī)損險(xiǎn)和第三者責(zé)任險(xiǎn)，由總隊(duì)牽頭，各市縣局隊(duì)協(xié)同，統(tǒng)一簽訂采購(gòu)合同，方便2 年后無(wú)人機(jī)的保養(yǎng)和維護(hù)，以應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)售后風(fēng)險(xiǎn)隱患和承保操作無(wú)人機(jī)時(shí)發(fā)生的對(duì)第三者人員及財(cái)物造成的傷害或損失。三是增強(qiáng)野外通訊信號(hào)。配備車(chē)載信號(hào)增強(qiáng)器，解決手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)在荒山野嶺沒(méi)有信號(hào)或信號(hào)很弱問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，快速拼接航片。

（二）配備移動(dòng)衛(wèi)星地面站，多管齊下解決影像來(lái)源

農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車(chē)配備移動(dòng)衛(wèi)星地面站，實(shí)現(xiàn)對(duì)高分系列衛(wèi)星影像大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信，為現(xiàn)場(chǎng)獲取實(shí)時(shí)影像大數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)通過(guò)搭載低成本多光譜傳感器，達(dá)到現(xiàn)在只有衛(wèi)星才能實(shí)現(xiàn)的多光譜成像，開(kāi)展長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)并計(jì)算植被指數(shù)。針對(duì)不同農(nóng)作物在不同生育期間光譜反射率曲線進(jìn)行植被判別，采用深度學(xué)習(xí)算法可以對(duì)農(nóng)作物類(lèi)型進(jìn)行較為精準(zhǔn)識(shí)別，提取農(nóng)作物類(lèi)別和種植面積。充分應(yīng)用遙感技術(shù)和航測(cè)技術(shù)對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)主要農(nóng)作物進(jìn)行遙感測(cè)量，測(cè)量時(shí)空分布大數(shù)據(jù)，通過(guò)兩種影像源實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知，讓農(nóng)產(chǎn)量調(diào)查車(chē)由采集平臺(tái)向大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)轉(zhuǎn)化，為搞準(zhǔn)糧食播種面積提供客觀決策依據(jù)。

（三）立足車(chē)載平臺(tái)，打造遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)

將星載平臺(tái)、無(wú)人機(jī)平臺(tái)、車(chē)載平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過(guò)無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)云框架系統(tǒng)整合，將大數(shù)據(jù)的多維度、平臺(tái)的多樣性、計(jì)算的高速性，實(shí)現(xiàn)空天地定位，遙感時(shí)空耦合和數(shù)據(jù)同化，并對(duì)樣本村主要農(nóng)作物配備基于物聯(lián)網(wǎng)的作物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，通過(guò)葉面積指數(shù)來(lái)反映長(zhǎng)勢(shì)情況、耕地墑情和災(zāi)害監(jiān)測(cè)，為搞準(zhǔn)農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供客觀決策依據(jù)。