關(guān)于低空遙感技術(shù)及其在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

摘要：低空遙感指飛行高度低于一千米之下的航空遙感技術(shù)。此技術(shù)系統(tǒng)包括幾個(gè)平臺(tái)類(lèi)型。本文從無(wú)人機(jī)、三角翼、飛艇三種平臺(tái)介紹了低空遙感系統(tǒng)平臺(tái)類(lèi)型，并從分析農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)、判斷農(nóng)作物類(lèi)型、獲取數(shù)字化圖像等方面闡述了其在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：低空遙感技術(shù)；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；應(yīng)用

引言：

低空遙感這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)有多年歷史，使用此項(xiàng)技術(shù)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)，對(duì)土地面積準(zhǔn)確計(jì)算，區(qū)分農(nóng)作物類(lèi)型等。同時(shí)在信息系統(tǒng)、衛(wèi)星定位、數(shù)字?jǐn)z影、圖像處理等技術(shù)的快速發(fā)展下，為此技術(shù)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。在整個(gè)遙感體系中通過(guò)實(shí)施低空遙感，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中取得了廣泛的應(yīng)用。

1 低空遙感系統(tǒng)平臺(tái)類(lèi)型

1.1無(wú)人機(jī)

無(wú)人機(jī)是衛(wèi)星遙感平臺(tái)，基于航空模型逐漸發(fā)展起來(lái)的，這種遙感平臺(tái)分為固定翼和直升飛機(jī)兩種類(lèi)型。無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)起落，同時(shí)對(duì)于場(chǎng)地要求較低。無(wú)人直升機(jī)在工作時(shí)，其飛行高度可能受到限制，本身結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此在操作過(guò)程存在一定難度。在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用范圍不廣。無(wú)人固定翼飛機(jī)在使用時(shí)具有效率高、便于轉(zhuǎn)場(chǎng)、投入成本低等優(yōu)勢(shì)，對(duì)起落場(chǎng)地有定要求，荷載較小。當(dāng)前隨著GPS和GIS的快速發(fā)展，促進(jìn)了無(wú)人機(jī)性能的發(fā)展，因此，在農(nóng)業(yè)中，固定翼無(wú)人機(jī)應(yīng)用較為廣泛[1]。

1.2三角翼

三角翼屬于動(dòng)力型的有人駕駛低空飛行器。隨著三角翼的發(fā)展，當(dāng)前具有廣泛應(yīng)用的是輕質(zhì)飛行器。這種飛行器在使用過(guò)程具有質(zhì)量輕便、起落距離較短、駕駛?cè)菀?、高荷載等優(yōu)勢(shì)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、利于安裝、維護(hù)以及拆卸等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前國(guó)外在航空領(lǐng)域中這種類(lèi)型的飛行器應(yīng)用較為廣泛。這種遙感平臺(tái)需要駕駛?cè)藛T，因此工作過(guò)程中投入的成本較高。在我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，此種遙感平臺(tái)取得了一定范圍的應(yīng)用。

1.3飛艇

飛艇的系統(tǒng)組成部分包括飛行控制、數(shù)字航拍、實(shí)時(shí)監(jiān)控等。在使用過(guò)程中具有速度快、安全、響應(yīng)快、平穩(wěn)、荷載大、空中懸浮等優(yōu)勢(shì)。因此，應(yīng)用飛艇可獲得分辨率較高的遙感影像。但是其還具有成本高、抗風(fēng)性能弱、利用效率低等弱點(diǎn)，因此，在農(nóng)業(yè)方面的低空遙感并不適用。

2 低空遙感技術(shù)及其在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1分析農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)，

當(dāng)前在低空遙感技術(shù)中使用最廣泛的是數(shù)碼相機(jī)，其具有處理圖像便捷的優(yōu)勢(shì)。主要使用光譜技術(shù)對(duì)遙感圖像進(jìn)行處理，把圖像按照波段不同分割成不同部分，然后對(duì)各個(gè)波段展開(kāi)數(shù)字化的處理，使用監(jiān)督分類(lèi)，獲取需要的信息。如果在遙感過(guò)程中使用普通數(shù)碼相機(jī)，缺乏NIR波段時(shí)，可從R、G、B即紅、綠、藍(lán)三種波段中獲取信息。當(dāng)使用多光譜數(shù)碼相機(jī)時(shí)，存在NIR波段，能提取到農(nóng)作物的更多信息。

例如：使用低空遙感技術(shù)，能按照農(nóng)作物葉片的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行分析，利用不同農(nóng)作物葉片對(duì)電磁破反射特點(diǎn)的不同，作出準(zhǔn)確判斷。例如：在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可使用此技術(shù)對(duì)遙感影像作出處理，通過(guò)Idrisiw處理將真彩影像，得到紅色、藍(lán)色、綠色等不同波段的圖像。在不同顏色的圖像中可判斷出農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況。由于植物在進(jìn)行光合作用的過(guò)程中需要紅色和藍(lán)色的光波，因此，植物在生長(zhǎng)的過(guò)程的長(zhǎng)勢(shì)情況和紅、藍(lán)兩個(gè)波段具有的反射值具有較大聯(lián)系，和綠色波段聯(lián)系不大。通過(guò)紅色波段影響，能夠判斷出土壤和水分情況，從而對(duì)植物生長(zhǎng)條件作出判斷，分析農(nóng)作物當(dāng)前的長(zhǎng)勢(shì)。

2.2判斷農(nóng)作物的類(lèi)型

使用低空遙感設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)影像的拼接以及匹配，由于設(shè)備飛行高度受到限制，因此在農(nóng)業(yè)中通常使用標(biāo)準(zhǔn)或者小廣角的鏡頭，防止遙感影像過(guò)大的現(xiàn)象。這種方式的應(yīng)用使得在同一個(gè)信息采集區(qū)域中出現(xiàn)多種遙感圖像，因此在遙感任務(wù)結(jié)束后，涉及到圖像的匹配以及拼接等工作。當(dāng)前常使用旋轉(zhuǎn)、仿射、平移等轉(zhuǎn)換方式將遙感圖像進(jìn)行拼接，并且取得了較好的應(yīng)用效果。在3S技術(shù)的應(yīng)用下，即遙感RS、信息系統(tǒng)GIS和控制點(diǎn)GPS應(yīng)用到圖像的拼接過(guò)程中，使得遙感影響在拼接和應(yīng)用方向更加廣泛。此外，這種方式應(yīng)用簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)業(yè)軟件作為支持。

例如：使用低空遙感這項(xiàng)技術(shù)，在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)，遙感影像對(duì)農(nóng)作物反應(yīng)靈敏，因此使用者能通過(guò)多個(gè)遙感圖像，準(zhǔn)確對(duì)農(nóng)作物種類(lèi)作出判斷。例如：在某試驗(yàn)田中，使用此技術(shù)通過(guò)遙感影像，可田中的苗圃、小麥、水稻等植物區(qū)分出來(lái)。此外，通過(guò)遙感影像還可對(duì)地面中的其他部分展開(kāi)準(zhǔn)確判斷，例如：房屋、水面、地面等。

2.3獲得數(shù)字化地形圖像

隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的深入實(shí)施，以及我國(guó)當(dāng)前土地屬于分散經(jīng)營(yíng)的特點(diǎn)下，在地形邊界測(cè)量過(guò)程屬于較復(fù)雜的工作。傳統(tǒng)在地形邊界測(cè)量過(guò)程使用地圖，然后將其數(shù)字化，但是這種方式的弊端是地圖測(cè)繪的時(shí)間較長(zhǎng)，不可避免地塊邊界發(fā)生了變化，使實(shí)際的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際不符，甚至差距較大，阻礙了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)具體實(shí)施。對(duì)此，使用低空遙感技術(shù)，可將地形邊界進(jìn)行數(shù)字化，在此過(guò)程中不但效率高，而且準(zhǔn)確度高，符合我國(guó)當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，以及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)具體實(shí)施。在數(shù)字技術(shù)下，形成數(shù)字化的圖像，利于準(zhǔn)確測(cè)量出不同地塊的實(shí)際面積。例如：某農(nóng)場(chǎng)使用低空遙感技術(shù)，通過(guò)遙感影像計(jì)算出總共有180塊地塊，實(shí)際面積28公頃。不同地塊的面積處于150m2到4115m2之間。道路以及泵房等面積共有11578m2，水稻種植面積為13公頃，約占總面積的46.42%，苗圃面積為6公頃，約占農(nóng)場(chǎng)總面積的21.43%[2]。

2.5在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景

在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，尤其是CCD技術(shù)、GPS技術(shù)、GIS技術(shù)的發(fā)展下，為低空遙感技術(shù)提供了新的發(fā)展機(jī)遇，使用先進(jìn)的技術(shù)可對(duì)遙感影像展開(kāi)空間定位以及幾何校正。將計(jì)算機(jī)處理圖像的技術(shù)應(yīng)用其中，利于農(nóng)業(yè)人員獲得更多農(nóng)業(yè)信息。同時(shí)此技術(shù)在使用上具有造價(jià)低、便捷等特點(diǎn)，因此，此技術(shù)在農(nóng)業(yè)的土地規(guī)劃、農(nóng)田建設(shè)、農(nóng)業(yè)工程的設(shè)計(jì)、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)各個(gè)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。未來(lái)應(yīng)加大力度改進(jìn)其中不足的技術(shù)，將此技術(shù)應(yīng)用在土壤養(yǎng)分、農(nóng)作物產(chǎn)量以及農(nóng)作物的空間變異等方面的研究上，加大研究力度促使此項(xiàng)技術(shù)得到更好地應(yīng)用，高效完成精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)建設(shè)。

結(jié)論：

綜上所述，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的建設(shè)過(guò)程中，低空遙感技術(shù)具有成本投入小、使用便捷等優(yōu)勢(shì)，在農(nóng)業(yè)中被廣泛應(yīng)用。因此，相關(guān)人員應(yīng)加大技術(shù)的研究力度，開(kāi)發(fā)技術(shù)的更多應(yīng)用，完善其中存在的不足之處，調(diào)整農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不斷提高資源的利用效率，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)完成“精耕細(xì)作”。

參考文獻(xiàn)

[1]段新宇.旋翼無(wú)人機(jī)的農(nóng)業(yè)低空高光譜遙感技術(shù)探討[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2016（19）：85.

[2]白由路，楊俐蘋(píng)，王磊，等.農(nóng)業(yè)低空遙感技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010（01）：5-7.

作者簡(jiǎn)介：梁煒（1990.12--），男，天津市，本科，畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)；現(xiàn)有職稱(chēng)：助理工程師；研究方向：遙感科學(xué)。

（作者單位：天津航天中為數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司）