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Product發(fā)布時(shí)間： 2020-03-01 04:20
在國家農(nóng)業(yè)信息化大力建設(shè)的背景下，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用將成為農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要增長點(diǎn)。而農(nóng)田作物信息的快速獲取與解析又是開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)踐的前提和基礎(chǔ)，是突破制約中國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵。
新疆作為全國棉花的主要種植區(qū)域，在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全方面具有舉足輕重的地位。實(shí)際生產(chǎn)過程中，棉花的生產(chǎn)受多種因素的影響，因此，在其生長過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的長勢(shì)監(jiān)測(cè)與營養(yǎng)診斷，對(duì)于提高棉花產(chǎn)量，指導(dǎo)農(nóng)民的生產(chǎn)計(jì)劃具有直接作用；同時(shí)，對(duì)棉花的長勢(shì)、營養(yǎng)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)估測(cè)也是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。
由于新疆地區(qū)幅員遼闊，耕種面積廣、種植區(qū)域分散等因素的存在，在以往的農(nóng)業(yè)科學(xué)研究工作中，人力成本高、耗時(shí)周期長等都是讓科研工作者頭疼的問題，對(duì)相關(guān)工作造成極大的影響。
為避免以上情況帶來的困擾，近期，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)在科研項(xiàng)目實(shí)施過程中，利用無人機(jī)搭載的近地遙感系統(tǒng)對(duì)區(qū)域棉花長勢(shì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。由于項(xiàng)目區(qū)域面積廣，同時(shí)對(duì)影像精度要求較高，基于多種因素考慮后，項(xiàng)目單位決定采用飛馬智能航測(cè)系統(tǒng)F1000和Freebird電動(dòng)無人機(jī)分別搭載α5100可見光相機(jī)和ADClite近紅外相機(jī)，對(duì)研究區(qū)域棉花生長進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
▲測(cè)區(qū)DOM
該項(xiàng)目利用無人機(jī)遙感技術(shù)，對(duì)棉花各生長期冠層光譜特征及其敏感波段進(jìn)行研究，以掌握其動(dòng)態(tài)變化特征及規(guī)律。
由于項(xiàng)目需要DOM、近紅外等多種數(shù)據(jù)相配合進(jìn)行研究，所以此次項(xiàng)目分別使用可采集DOM數(shù)據(jù)的飛馬智能航測(cè)系統(tǒng)F1000與可采集傾斜影像數(shù)據(jù)、近紅外數(shù)據(jù)Freebird電動(dòng)無人機(jī)兩種類型無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)。
實(shí)施項(xiàng)目的方法主要是通過Freebird電動(dòng)無人機(jī)所采集到的紅外影像對(duì)每個(gè)像元的不同波段信息和實(shí)驗(yàn)地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，再利用遙感軟件進(jìn)行反演，進(jìn)而推算出該區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物的生長情況以及養(yǎng)分分布情況。此外，由飛馬F1000拍攝的可見光數(shù)據(jù)DOM可研究分析RGB影像是否與農(nóng)作物葉片的葉綠素含量存在關(guān)系。
根據(jù)以上項(xiàng)目需求和方案，此次飛行將測(cè)區(qū)選在劃定范圍內(nèi)的一塊棉花試驗(yàn)田中，該測(cè)區(qū)總面積約7.54平方公里。
作為長期性農(nóng)作物長勢(shì)普查工作，每次飛行作業(yè)需要間隔一個(gè)月以比對(duì)農(nóng)作物生長情況。所以，從第一次作業(yè)到項(xiàng)目完成先后完成4次，共12個(gè)架次的飛行。整個(gè)項(xiàng)目組由4人組成，2人負(fù)責(zé)飛馬F1000，2人負(fù)責(zé)Freebird。在進(jìn)行航線規(guī)劃時(shí)，我們考慮到DOM與紅外數(shù)據(jù)的需求差別，有針對(duì)性的調(diào)整F1000與Freebird的航線和飛行高度。在實(shí)際作業(yè)過程中，以第一個(gè)架次飛行（飛馬F1000）為例，飛馬F1000飛行時(shí)間為40分鐘，共拍攝600張影像，現(xiàn)場(chǎng)通過無人機(jī)管家質(zhì)檢5分鐘，影像全部合格可用。由于采用無人機(jī)作業(yè)，7.54平方公里的數(shù)據(jù)獲取工作可在一天之內(nèi)全部完成，比人工采集時(shí)間節(jié)省近80%，而現(xiàn)場(chǎng)所獲取的7cm分辨率影像圖完全滿足項(xiàng)目實(shí)際需求。
▲棉花各個(gè)生長時(shí)期的NDVI分布圖
通過采集到紅外數(shù)據(jù)分析后得出的植被NDVI分布圖可以看出，綠色區(qū)域的棉花長勢(shì)良好，而黃色則相對(duì)較差。通過該類型圖可分析出大面積區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物的長勢(shì)分布情況，進(jìn)而幫助科研人員研究作物生長過程中的各種問題。
1、進(jìn)入無人機(jī)管家智航線模塊，確定測(cè)區(qū)范圍，設(shè)置重疊度、地面分辨率等參數(shù)，軟件自動(dòng)生成航線；（也可使用該軟件在內(nèi)業(yè)環(huán)境提前生成航線任務(wù)）
2、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定飛行作業(yè)起降點(diǎn)，檢查無人機(jī)硬件安全與電量情況，準(zhǔn)備飛行；
3、手拋起飛，通過地面站系統(tǒng)監(jiān)測(cè)整個(gè)飛行過程，獲取原始影像與POS數(shù)據(jù)；
4、現(xiàn)場(chǎng)通過無人機(jī)管家智檢圖模塊完成影像質(zhì)檢，獲得質(zhì)檢報(bào)告與DOM預(yù)覽圖，確保全部影像合格可用；
5、通過數(shù)據(jù)處理軟件，獲取測(cè)區(qū)DOM、DSM及三維模型等數(shù)據(jù)。
構(gòu)建基于無人機(jī)平臺(tái)的棉花養(yǎng)分快速監(jiān)測(cè)體系，掌握無人機(jī)遙感技術(shù)在區(qū)域尺度進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效棉花營養(yǎng)診斷的新方法。為實(shí)現(xiàn)棉花種植過程中養(yǎng)分高效管理的無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)施提供理論和技術(shù)依據(jù)。
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