農(nóng)業(yè)無人機(jī)遙感入門指南

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的技術(shù)手段已無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，而農(nóng)業(yè)無人機(jī)遙感作為新興技術(shù)手段，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，有很大數(shù)量的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員正在考慮購買農(nóng)業(yè)遙感無人機(jī)，但他們對農(nóng)業(yè)遙感無人機(jī)缺乏系統(tǒng)的了解，導(dǎo)致他們很難做出判斷，阻礙了無人機(jī)遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用。針對這一問題，本文將對農(nóng)業(yè)無人機(jī)遙感技術(shù)作一個(gè)系統(tǒng)的介紹，以期加深廣大農(nóng)業(yè)從業(yè)人員對農(nóng)業(yè)無人機(jī)遙感技術(shù)的了解。

無人機(jī)，也被稱為無人駕駛飛機(jī)，無人機(jī)遙感是一種基于無人機(jī)載遙感傳感器，綜合應(yīng)用無人駕駛飛行、遙測遙控和空間定位等技術(shù)來獲取空間信息的技術(shù)方法。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，無人機(jī)可以精準(zhǔn)定位出普通觀察者無法輕易發(fā)現(xiàn)的問題區(qū)域，譬如快速地偵測出遭受病蟲害的區(qū)域、局部受旱區(qū)域以及發(fā)生養(yǎng)分缺乏等異常情況的區(qū)域，同時(shí)此項(xiàng)技術(shù)還具有省時(shí)省力的的優(yōu)勢，農(nóng)業(yè)工作者不用再駕車或徒步對作物進(jìn)行巡查。而一套完整的農(nóng)業(yè)無人機(jī)遙感系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。

一、農(nóng)業(yè)遙感無人機(jī)的類型

農(nóng)業(yè)遙感無人機(jī)的類型可以分為兩類，多旋翼無人機(jī)（如圖1所示）和固定翼無人機(jī)（如圖2所示）。固定翼無人機(jī)飛行速度快、作業(yè)面積大、續(xù)航時(shí)間長、載荷較大、抗干擾能力強(qiáng)，但飛行速度難以調(diào)節(jié)，而且需要手動起飛；相較于固定翼無人機(jī)，多旋翼無人機(jī)的航速姿態(tài)可調(diào)、飛行狀態(tài)穩(wěn)定、能夠定點(diǎn)懸停，自主起飛，適合多重復(fù)、定點(diǎn)、多尺度、高分辨率的信息獲取，但作業(yè)面積和飛行時(shí)間要低于固定翼無人機(jī)。

圖1法國ParrotBluegrass無人機(jī)

全球生產(chǎn)固定翼無人機(jī)的公司包括SenseFly和PrecisionHawk公司，而銷售多旋翼無人機(jī)的公司包括DJI和Parrot公司。一架專業(yè)的農(nóng)業(yè)遙感無人機(jī)目前的市場價(jià)格區(qū)間通常在人民幣20000至60000元左右，各無人機(jī)制造廠商間的價(jià)格差異較大。
 

圖2法國ParrotDisco-proAG無人機(jī)

一架典型的固定翼無人機(jī)單塊電池可飛行40分鐘，可覆蓋面積約90公頃，而一架多旋翼無人機(jī)單塊電池的飛行時(shí)間30分鐘，覆蓋面積為約30公頃。

二、搭載的傳感器

成像光譜技術(shù)的原理是不同波段的光波作用于樣本會產(chǎn)生不同的光譜特征，由此可反映作物的生理生化指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對作物的監(jiān)測。根據(jù)輸出波段數(shù)量與連續(xù)性不同，成像光譜又可分為高光譜和多光譜。而目前各大農(nóng)業(yè)無人機(jī)廠商普遍采用搭載高清數(shù)碼相機(jī)獲取的農(nóng)田正射影像、多光譜相機(jī)（如圖3所示）獲取的多波段反射率、高光譜儀獲取的連續(xù)光譜反射率、熱紅外傳感器獲取的田間溫度信息等。無人機(jī)搭載傳感器可以獲取到大量的農(nóng)情信息，但傳感器的價(jià)格通常非常昂貴，根據(jù)安裝的傳感器數(shù)量和購買的傳感器類型，傳感器的價(jià)格一般在10000元至60000元之間。

圖3Sequoia多光譜相機(jī)

三、地面控制系統(tǒng)

用戶使用數(shù)據(jù)線將裝有飛控軟件的平板電腦或智能手機(jī)與無人機(jī)遙控器相連，通過飛控軟件如Pix4DCapture，DJIGSPro專業(yè)版，F(xiàn)reeFlightPro等專業(yè)飛行規(guī)劃軟件，可根據(jù)實(shí)際飛行任務(wù)，對指定的區(qū)域創(chuàng)建和優(yōu)化自動飛行路徑，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自動駕駛，極大地降低了對無人機(jī)操作手的操作技術(shù)門檻，方便廣大的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員上手操作。
 

圖4Pix4DCapture飛控軟件頁面展示

四、圖像處理軟件訂閱

通過購買第三方軟件訂閱，這項(xiàng)軟件可以對無人機(jī)搭載的數(shù)碼照相機(jī)和傳感器捕捉到的圖像進(jìn)行圖像處理，制作生成專業(yè)的植物健康和植物種群地圖（如圖5所示）。圖像處理軟件的訂閱價(jià)格從每年3000元人民幣到20000元人民幣不等，其中包括DroneDeploy、FieldAgent、PrecisionAnalytics和Pix4DFields等軟件供應(yīng)公司。
 

圖5由PIX4Dmapper軟件制作的植物NDVI圖

每一款軟件都有一個(gè)免費(fèi)試用期，這樣開發(fā)者就可以確定哪款軟件最適合他們。其中一些軟件甚至可以創(chuàng)建區(qū)域地圖，即生成專有圖。將圖導(dǎo)入具有GPS定位功能的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中后，可以幫助農(nóng)場實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥和精準(zhǔn)噴藥，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

五、無人機(jī)實(shí)名登記

我國法律規(guī)定在中國境內(nèi)，起飛重量為250克以上（含250克）的民用無人機(jī)的擁有者必須按照相關(guān)管理規(guī)定的要求進(jìn)行實(shí)名登記，如果未按照管理規(guī)定實(shí)施實(shí)名登記和粘貼登記標(biāo)志的，其行為將被視為違反法規(guī)的非法行為，其無人機(jī)的使用將受影響，監(jiān)管主管部門將按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處罰。民用無人機(jī)的實(shí)名登記流程如下：

（1）民用無人機(jī)制造商和民用無人機(jī)擁有者在“無人機(jī)實(shí)名登記系統(tǒng)”（https://uas.caac.gov.cn）上申請賬戶；

（2）民用無人機(jī)制造商在該系統(tǒng)中填報(bào)其所有產(chǎn)品的信息；

（3）民用無人機(jī)擁有者在該系統(tǒng)中實(shí)名登記其擁有產(chǎn)品的信息，并將系統(tǒng)給定的登記標(biāo)志粘貼在無人機(jī)上。

結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，農(nóng)業(yè)遙感無人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用性逐步增強(qiáng)，一方面可以快速地監(jiān)測作物長勢情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生長異常的區(qū)域（發(fā)生病蟲害、干旱、養(yǎng)分缺乏等），增強(qiáng)對農(nóng)田的掌控，另一方面可以用于評估農(nóng)業(yè)災(zāi)害早成的損失，如統(tǒng)計(jì)受災(zāi)面積、受災(zāi)程度等。

一套完整的無人機(jī)遙感系統(tǒng)要包括無人機(jī)平臺、傳感器、飛控軟件并配套有相關(guān)的圖片數(shù)據(jù)處理軟件，并且購買無人機(jī)后需要進(jìn)行實(shí)名登記。根據(jù)無人機(jī)的類型、生產(chǎn)廠家及搭載的傳感器類型和數(shù)量，無人機(jī)遙感系統(tǒng)的價(jià)格變幅較大，價(jià)格從20000元到100000元人民幣不等，用戶可根據(jù)自己需求及自身?xiàng)l件選購合適的遙感無人機(jī)及其配套設(shè)施。