在《通往精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)之路》專欄開篇之初，有不少同學(xué)表示對(duì)于 3D 遙感技術(shù)、多光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用很感興趣。今天，我們專門來探討一下這個(gè)話題，具體聊聊這些技術(shù)在植物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)、病蟲害監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀，以及探索其將來在植保無人機(jī)上的可能應(yīng)用。
首先，我們得明確 3D 遙感信息是什么。所謂 3D 遙感信息，是指把三維位置和遙感光譜數(shù)據(jù)結(jié)合在一起的一體化遙感信息。
目前已有機(jī)載三維成像儀可從空中同步獲得地面目標(biāo)的三維位置和遙感光譜信息，實(shí)現(xiàn)定位、定性數(shù)據(jù)的一體化獲取。
目前高分辨率的 3D 遙感影像主要用于：
1、地形分析，如坡度分析、地貌面分析、水系分析、構(gòu)造分析等等;
2、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，通過建立災(zāi)害體的 3D 仿真模型，提取災(zāi)害體的特征信息，評(píng)價(jià)災(zāi)害體的危險(xiǎn)性;
3、礦區(qū)礦產(chǎn)資源調(diào)查，是將高精度數(shù)字高程模型(DEM，Digital Elevation Model，通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面地形的數(shù)字化表達(dá))數(shù)據(jù)與礦區(qū)高分辨率遙感圖像疊合生成三維遙感影像，反映復(fù)雜的地形、地貌、地質(zhì)特征;
4、其它方面，如城市景觀設(shè)計(jì)、軍事地形三維仿真、工程選線等等。
3D遙感技術(shù)在病蟲害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
對(duì)于病蟲害遙感監(jiān)測(cè)，主要還是依據(jù)作物受不同脅迫影響后發(fā)生的光譜響應(yīng)，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究主要集中于四個(gè)層面：1)病蟲害光譜響應(yīng)生理機(jī)制;2)病蟲害光譜響應(yīng)特征位置;3)應(yīng)用于病蟲害監(jiān)測(cè)的植被指數(shù);4)病蟲害遙感識(shí)別和程度區(qū)分算法。
概況性地講，目前植物病蟲害脅迫下引起光譜響應(yīng)的生理機(jī)制基本是明確的;病蟲害光譜響應(yīng)特征位置有不少研究，主要集中于典型作物的典型病蟲害如小麥條銹病、白粉病，水稻褐飛虱、稻瘟病，番茄晚疫病等，但研究的作物和病蟲害的種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠全面;目前已研究嘗試通過數(shù)十種類型的植被指數(shù)，來建立遙感信息和病蟲害的發(fā)生、程度之間的關(guān)系。
關(guān)于識(shí)別和區(qū)分算法，主要是想建立病情和光譜特征之間的關(guān)系，方法模型很多，大致可以分為兩類：一類是基于高光譜非成像數(shù)據(jù)建立的模型，一類是基于圖像的數(shù)據(jù)分析方法。這些方法涉及了多元統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)挖掘算法和圖像分析方法，目的是希望模型具有較高的精度和專一性。
應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行農(nóng)作物不同生育期長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)/圖 來源極飛學(xué)院
3D遙感技術(shù)在植保無人機(jī)上的應(yīng)用探索
顯然，3D 遙感技術(shù)今后也可以應(yīng)用于植保無人機(jī)。特別是若能利用低空無人機(jī)遙感測(cè)繪、建模、農(nóng)情分析及“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，構(gòu)造出“農(nóng)田林地 3D 空間模型平臺(tái)”，提供農(nóng)田林地的空間模型、作物信息、病蟲害信息、位置關(guān)系，甚至一些環(huán)境數(shù)據(jù)(包括的溫度、濕度、光照等)，則可對(duì)指導(dǎo)植保無人機(jī)仿地飛行、精準(zhǔn)施藥有極大幫助，也拓展了植保無人機(jī)的應(yīng)用范圍。目前這僅僅是一個(gè)愿景，但可以期待。
用無人機(jī)作為平臺(tái)，通過遙感來監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)情況、監(jiān)測(cè)病蟲害、預(yù)測(cè)收成等方面的研究早已開展，特別是產(chǎn)量估算/預(yù)測(cè)收成是遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的最早的研究方向之一，也是相對(duì)成熟的農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用研究。
基于遙感的產(chǎn)量估算早在 20 世紀(jì) 70 年代就已開始，如 1974 年美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)、NASA 等部門合作實(shí)施的“大面積作物估產(chǎn)實(shí)驗(yàn)”，即 LACIE 計(jì)劃，主要是利用 Landsat MSS 影像來估測(cè)小麥種植面積。
國(guó)內(nèi)從事這項(xiàng)研究也有差不多 30 年的時(shí)間，如 80 年代中期，在國(guó)家經(jīng)委的支持下，以國(guó)家氣象局為主組織開展了北方 11 省市冬小麥的 NOAA/AVHRR 衛(wèi)星遙感估產(chǎn)研究，建立了遙感影像面積測(cè)算方法。
1997 年，中國(guó)科學(xué)院“九五”重大和特別支持項(xiàng)目“中國(guó)資源環(huán)境遙感信息系統(tǒng)及農(nóng)情速報(bào)”，就實(shí)現(xiàn)了全國(guó)小麥、玉米、大豆、水稻等大范圍長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)與產(chǎn)量預(yù)報(bào)。
“十一五”期間，北京師范大學(xué)和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局建成了“國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)糧食作物種植面積遙感測(cè)量與估產(chǎn)系統(tǒng)”。
目前，國(guó)內(nèi)外主要的作物遙感監(jiān)測(cè)運(yùn)行系統(tǒng)(集成了作物種植面積調(diào)查、長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和最后產(chǎn)量估測(cè))就在美國(guó)、歐盟和中國(guó)。
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