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无人机在农林行业上的应用

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无人机在农林行业上的应用

发布日期:2019-08-12 作者: 点击:

随着科技的发展,无人机被越来越多的中国民众所认知,无人机市场需求度逐渐攀升,国内无人机市场火热。对于人类来说比较危险、艰难的任务,无人机可以代替人类劳动力快速完成,这一应用带动了无人机在各行各业快速发展。在民用市场方面,无人机的应用领域涉及到快递运输、航拍、农业、灾难救援、测绘、新闻报道、影视拍摄等方面,大大的拓展了无人机本身的用途。


本期着重介绍无人机通过搭载高分辨率CCD相机、热红外相机、多镜头相机等各种传感器系统获取数据,从而满足航拍、电力巡线、建模、农情监测等行业的需求。


多光谱相机可分为三类:第一是多镜头型多光谱照相机。它具有多个镜头,每个镜头各有一个滤光片,分别让一种较窄光谱的光通过,多个镜头同时拍摄同一景物,同时记录几个不同光谱带的图像信息;第二是多相机型多光谱照相机。它是由几台照相机组合在一起,各台照相机分别带有不同的滤光片,分别接收景物的不同光谱带上的信息,同时拍摄同一景物,各获得一套特定光谱带的胶片;第三是单镜头多光谱照相机。它采用一个镜头拍摄景物,在探测器的像元上分别镀不同波段的滤波膜实现多光谱成像。此技术大大降低了多光谱成像的成本。这三种多光谱照相机中,单镜头马赛克式多光谱相机的优点是结构简单,图像重叠精度高,但成像质量较差;多镜头和多相机型照相机也难准确地对准同一地方,重叠精度较差,同时,重叠的处理时间也较长。

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在农作物长势监测方面。农业上使用的无人机种类繁多,有无人直升机、固定翼无人机、多旋翼无人机等多种机型。选用较多的是多旋翼无人机辅助作业,优势如下:


相对无人直升机,多旋翼操作简单,成本低;

相对于固定翼无人机,多旋翼无人机可以根据需要调节飞行速度,载荷相对大些,可以根据需要搭载各种传感器;

多旋翼无人机飞行速度可控,飞行高度可调且可以低空飞行,同时多旋翼无人机不受起飞降落场地的限制,飞行载荷较大,可同时搭载多种农用传感器。


可以采用五镜头多光谱相机RedEdge-MX,分别对应红光、绿光、蓝光、红边、以及近红外,或者采用带RGB通道的五镜头相机Sequoia。根据采集的数据选择归一化差分植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)来综合反映农作物的生长分布和覆盖情况。


植物叶面在可见光红光波段有很强的吸收特性,在近红外波段有很强的反射特性,这是植被遥感监测的物理基础。通过这两个波段测值组合得到的NDVI指数,对土壤背景变化敏感,能较好地识别植被和水体。在植被处于中、低覆盖度时,该指数随覆盖度的增加而迅速增大,当达到一定覆盖度后增长缓慢,所以适用于植被早、中期生长阶段的动态监测。


NDVI = (ρNIR-ρR)/(ρNIR+ρR)


式中:ρNIR是近红外波段的反射率,ρR是红光波段的反射率。可见光红光波段(0.58-0.68μm)位于叶绿素吸收带,近红外波段(0.75-1.10μm)位于绿色植物光谱高反射区。


NDVI取值范围:-1~1,NDVI值近似为0表示无植被的裸土区;NDVI正值表示有植被覆盖,且随覆盖度增大而增大,大于0.7表明该区域植被密度较高;而地面覆盖云、水、雪区域NDVI是负值。NDVI是植物空间密度和植物生长状态的最佳指示因子,与植被覆盖的分布密度呈线性相关关系,一般应用于检测植被生长状态、植被覆盖等领域。


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农业植保机,也称植保无人机,是指通过地面遥控或GPS飞控,用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机,主要用于植物保护、农业监测等。植保无人机通过搭载不同的系统,可以实现农药、化肥喷洒以及病虫害监测。


农业植保无人机属于载重较大的工业级无人机,目前主要有固定翼、单旋翼、多旋翼三类不同的结构。


固定翼无人机具有续航强、载重大、飞行快、效率高等优点,但易受障碍物和地形的影响,多用于开阔、平坦的农田区域;多旋翼无人机具有续航弱、载重小、飞行速度慢等缺点,但是飞行操作灵活、可垂直起降和空中悬停,受作业环境影响较小,适用于环境比较复杂的农田区域;单旋翼无人机的各性能指标均属于适中水平,适合多重环境下作业,最理想的是能够与固定翼无人机搭档作业。




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