農(nóng)業(yè)無人機遙感入門指南

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進，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，但他們對農(nóng)業(yè)遙感無人機缺乏系統(tǒng)的了解，導致他們很難做出判斷，阻礙了無人機遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用。針對這一問題，本文將對農(nóng)業(yè)無人機遙感技術(shù)作一個系統(tǒng)的介紹，以期加深廣大農(nóng)業(yè)從業(yè)人員對農(nóng)業(yè)無人機遙感技術(shù)的了解。

無人機，也被稱為無人駕駛飛機，無人機遙感是一種基于無人機載遙感傳感器，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，無人機可以精準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，同時此項技術(shù)還具有省時省力的的優(yōu)勢，農(nóng)業(yè)工作者不用再駕車或徒步對作物進行巡查。而一套完整的農(nóng)業(yè)無人機遙感系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。

一、農(nóng)業(yè)遙感無人機的類型

農(nóng)業(yè)遙感無人機的類型可以分為兩類，多旋翼無人機（如圖1所示）和固定翼無人機（如圖2所示）。固定翼無人機飛行速度快、作業(yè)面積大、續(xù)航時間長、載荷較大、抗干擾能力強，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，多旋翼無人機的航速姿態(tài)可調(diào)、飛行狀態(tài)穩(wěn)定、能夠定點懸停，自主起飛，適合多重復、定點、多尺度、高分辨率的信息獲取，但作業(yè)面積和飛行時間要低于固定翼無人機。

圖1法國ParrotBluegrass無人機

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

圖2法國ParrotDisco-proAG無人機

一架典型的固定翼無人機單塊電池可飛行40分鐘，可覆蓋面積約90公頃，而一架多旋翼無人機單塊電池的飛行時間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，從而實現(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)無人機廠商普遍采用搭載高清數(shù)碼相機獲取的農(nóng)田正射影像、多光譜相機（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。無人機搭載傳感器可以獲取到大量的農(nóng)情信息，但傳感器的價格通常非常昂貴，根據(jù)安裝的傳感器數(shù)量和購買的傳感器類型，傳感器的價格一般在10000元至60000元之間。

圖3Sequoia多光譜相機

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與無人機遙控器相連，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，實現(xiàn)無人機的自動駕駛，極大地降低了對無人機操作手的操作技術(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，這項軟件可以對無人機搭載的數(shù)碼照相機和傳感器捕捉到的圖像進行圖像處理，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免費試用期，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。將圖導入具有GPS定位功能的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中后，可以幫助農(nóng)場實現(xiàn)精準播種、精準施肥和精準噴藥，顯著提高經(jīng)濟效益降低環(huán)境風險。

五、無人機實名登記

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）的民用無人機的擁有者必須按照相關(guān)管理規(guī)定的要求進行實名登記，如果未按照管理規(guī)定實施實名登記和粘貼登記標志的，其行為將被視為違反法規(guī)的非法行為，其無人機的使用將受影響，監(jiān)管主管部門將按照相關(guān)規(guī)定進行處罰。民用無人機的實名登記流程如下：

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

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

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

結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷改進，農(nóng)業(yè)遙感無人機在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用性逐步增強，一方面可以快速地監(jiān)測作物長勢情況，及時發(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），增強對農(nóng)田的掌控，另一方面可以用于評估農(nóng)業(yè)災害早成的損失，如統(tǒng)計受災面積、受災程度等。

一套完整的無人機遙感系統(tǒng)要包括無人機平臺、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，并且購買無人機后需要進行實名登記。根據(jù)無人機的類型、生產(chǎn)廠家及搭載的傳感器類型和數(shù)量，無人機遙感系統(tǒng)的價格變幅較大，價格從20000元到100000元人民幣不等，用戶可根據(jù)自己需求及自身條件選購合適的遙感無人機及其配套設(shè)施。