美国精准农业航空的技术现状与发展趋势(下)
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植保资讯
2018-08-23 22:39
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美国精准农业航空的技术现状与发展趋势(下)


大家好!我是兰玉彬。很高兴受邀作为极飞学院的特聘专家,来这儿跟大家分享农业科技方面的最新知识,以及我对中国农业未来的一些思考。

 

上一周,我们聊到了美国农业航空服务的现状和几个关键性的技术。今天,我们继续来探讨这个话题,特别是想为大家介绍一下,精准农业技术是如何应用到农业航空领域的,以及美国农业航空的研究热点与未来发展趋势

 

不方便阅读文字的同学,可以点击下面的音频收听来自 Justin 的转述。

 


精准农业技术在农业航空领域的应用


精准农业技术,总的来说,是指利用各种技术和信息工具来实现农作物生产率的最大化,包括全球定位系统、地理信息系统、土壤地图、产量监测、养分管理地图、航拍、变量控制技术等。近年来,这些技术越来越多地应用到农业航空领域,提升了航空施药的精准度和效率,进一步促进了美国农业航空的发展。

 

其中,对于航空精准变量施药作业系统来说,遥感技术、空间统计学等尤为关键。下面,我就介绍一下这几种技术的应用与发展情况。

 

遥感技术


随着地理信息系统(GIS)、全球卫星定位系统(GPS)、图像处理技术和数字影像技术的发展,开发高效的航空遥感系统已成为一种新趋势。比较常见的遥感装置有: 数码相机、摄像机、高光谱照相机、多光谱照相机、热成像照相机等。


航空遥感系统具有机动灵活、作业选择性强、时效性好、准确度高的优势,能够形成精确的空间图像,用来分析农田植物的水分、营养状况,以及病虫害的状况等。

 

遥感飞机


航空遥感系统的飞机主要以小型农用飞机和无人驾驶直升飞机为主。下图 1 中的飞机为空中拖拉机公司生产的 402-B 型农用飞机,它装载了一个整合的气象系统,可以实时测量和记录风速、风向、温度、湿度以及压力等环境要素。 图 2 为 Cessna 公司生产的 206 型农用飞机,主要用于航空遥感系统,它的机载相机系统包括数码相机和多光谱相机等。


图 1  空中拖拉机公司的 402-B 型农用飞机

 图 2 Cessna 公司的 206 型农用飞机


航空遥感相机


随着电子技术的发展,农用多光谱数字相机的应用越来越广泛,包括用于分析植被覆盖指数、土壤调节植被指数和叶面积指数等。

 

由于普通的遥感测量数据会受到各种地面不定性因素的影响,如植物生长结构、冠层特性、作物生长方向和密度、土壤特性等,仅仅分析遥感数据,有时并不能得到所需要的全部信息。如果将遥感图像、地面实测和空间分析结合,我们就能够对农田有更深度、全面的了解。

 

空间统计学


空间统计学是于20 世纪 50 年代首次提出的。随着地理信息系统 GIS 技术的发展,空间统计学已被广泛用于空间数据的建模与分析,并且应用到地球物理学、生物学、流行病学等自然科学领域。

 

在农业领域,利用遥感图像数据和空间统计方法,可以提供有价值的、完整的信息管理,这些信息可用于制作配方、产量等应用地图,支持变量精准农业技术,从而帮助农民进行更合理的资源配置,降低生产风险。比如,利用空中图像、土壤参数、作物参数等空间统计学数据,可以制作预测作物产量的模型;还可以通过分析空间图像,将遥感数据转换成处方图,帮助实现航空变量施药作业。

 


美国农业航空技术的发展趋势


目前,在农业航空技术方面,美国等发达国家主要聚焦于图像实时处理系统、多传感器数据融合技术,和变量喷洒系统这 3 个研究与应用热点上,这也在一定程度上代表了农业航空技术的未来发展趋势。接下来,我就为大家分别介绍一下。

 

图像实时处理系统


将图像实时处理技术应用于农业航空,关键是要建立一个简单、易操作的图像处理软件系统,我们用这个软件来快速分析和处理采集的空中图像数据,并迅速、准确地绘制航空变量喷洒的地图,从而帮助实现精准、变量喷洒。在这项技术中,收集实时的多光谱图像是一个挑战。我会在之后的文章中,专门来讲一讲多光谱技术的挑战。

 

多传感器数据融合技术


多传感器数据融合技术可以把不同位置的多光谱数据、多分辨率数据、环境数据、生物数据等加以综合,消除传感器间可能存在的冗余和矛盾的数据互补,降低其不确定性,形成对系统的相对完整一致的感知描述,从而提高遥感系统决策、规划、反映速度和准确率,降低决策风险。


 

变量喷洒系统


精准航空喷洒作业系统可以提高农药的有效利用率,帮助农民减少生产投入,而且能达到节能环保的目的。变量喷洒系统的发展方向是,开发一种经济的整合系统,搭配简单、易操作的应用软件,用于实时处理空间分布信息,并指导在有效面积上的喷洒作业。

 

极飞 P20 植保无人机的变量喷洒系统(图中绿色部分)



随着精准农业技术的应用,未来农业航空的发展空间将更为广阔。极飞学院的同学们,不妨多关注和了解这方面的发展趋势。说不定,你们就会成为我们国家应用这些前沿技术改变传统农业生产的第一批践行者。