曾有韜 李永平 魏添梅 覃志春 雷紅萍

摘 要：我國是人口大國，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及人口的不斷增長，人們對于糧食的需求也越來越高，對于該項問題中國采取了農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)以及農(nóng)作物品種改良的方法。小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一，對小麥的品種改良也是其中一個重要的項目。本文從無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用出發(fā)，來對無人機多傳感器在小麥育種信息獲取中的應(yīng)用進行了具體的分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用無人機；多傳感器遙感技術(shù)；小麥育種

隨著中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化水平不斷提高，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)科技也在不斷地發(fā)展，目前我國的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)大量使用了遙感觀測技術(shù)，來對農(nóng)作物的生產(chǎn)狀況以及育種工作提供幫助，與傳統(tǒng)的觀測手段相比，遙感技術(shù)觀測精度高、對農(nóng)作物無損害。由于衛(wèi)星遙感技術(shù)的精度較低，載人飛機遙感技術(shù)成本較高，因此目前我國使用的主要還是無人機遙感技術(shù)。

一、無人機在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用研究

1.無人機平臺的選擇.目前市面上無人機的種類十分多樣化，但能滿足小麥育種信息獲取的只有多旋翼無人機，它的優(yōu)點在于，可以在大多數(shù)情況下良好起飛降落，飛行過程中可以對飛行速度以及飛行高度進行調(diào)節(jié)，而且由于多旋翼的浮空能力較強，使其承載力也大量提升，可以搭載多傳感器，適用于不同的觀測對象。

2.傳感器及其作用.進行小麥育種信息觀測的無人機所搭載的傳感器主要有三個，其一是高清數(shù)碼相機，其觀測的內(nèi)容主要包括了對小麥種植區(qū)的劃分，對小麥長勢的記錄還有對小麥倒伏情況三方面。其二是農(nóng)業(yè)多光譜相機，通過對農(nóng)作物頂端以及葉片的近紅外、紅、綠光波的反射，來對農(nóng)作物生長的狀況以及病蟲害進行觀測記錄。其三是熱像儀傳感器，通過對作物頂部以及整體種植區(qū)的溫度進行分析獲取，來對作物蒸騰作用的劇烈程度以及是否發(fā)生干旱現(xiàn)象進行檢測。

二、無人機多傳感器在小麥育種信息獲取中的應(yīng)用

育種信息的獲取主要是通過傳感器進行圖像拍攝來進行的，借助無人機平臺將傳感器運輸?shù)叫←湻N植田的頂部并進行分區(qū)域的照片拍攝，之后將拍攝到的照片進行拼接，并將拼接出的觀測圖結(jié)合GPS定位系統(tǒng)進行矯正。由于搭載的傳感器主要有高清數(shù)碼相機、多光譜相機還有熱像儀，育種信息的獲取也與其相關(guān)。

1.高清數(shù)碼相機的應(yīng)用.高清數(shù)碼相機主要是對農(nóng)作物的長勢情況進行觀測，特別是小麥的倒伏情況是其觀測的重點。小麥倒伏現(xiàn)象的發(fā)生原因可能是外界原因，例如風(fēng)力過大、人為踩踏，也有可能是內(nèi)部原因，例如麥穗過重導(dǎo)致麥稈承受不住發(fā)生倒伏。對小麥育種信息的觀測獲取應(yīng)該盡量對外部因素進行定量化，將監(jiān)測的重心放在內(nèi)部原因之上。在使用高清數(shù)碼進行觀測的過程中，可以根據(jù)小麥種植面積來將觀測區(qū)域進行劃分，然后根據(jù)每一區(qū)域中小麥的倒伏狀況嚴重度，將其劃分為四個等級，并用不同的顏色進行標(biāo)識，來對小麥倒伏狀況有一個大致的了解。

2.多光譜相機的應(yīng)用.（1）多光譜相機的小麥葉面積觀測。小麥葉的作用是進行光合作用，與根部一起為農(nóng)作物的生長提供必要的養(yǎng)分，通過對小麥葉進行觀測，就能大致知道農(nóng)作物的生長狀況以及健康程度。常規(guī)的農(nóng)用多光譜相機主要是對近紅外、紅、綠三種波段進行觀測，關(guān)鍵結(jié)果根據(jù)區(qū)域劃分用不同顏色進行表現(xiàn)。通過對多光譜相機拍攝到的光譜進行分析，能有效地分析出植被指數(shù)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)還有氮素反射指數(shù)。

（2）多光譜相機的小麥產(chǎn)量預(yù)測。根據(jù)前面對小麥葉的觀測我們得出了各分區(qū)的植被指數(shù)，之后通過氮肥優(yōu)化算法，就能對各區(qū)的小麥產(chǎn)量進行大致的預(yù)測。氮肥優(yōu)化算法是一種對農(nóng)作物的產(chǎn)量進行估算的計算，在計算的過程中，要綜合考慮植被指數(shù)、植物生長有效溫度還有種植期間的最低最高溫度等因素，是一種較為復(fù)雜的計算。

3.熱輻射相機的應(yīng)用.熱輻射相機對溫度的觀測主要是通過對植物表面的紅外輻射進行觀測，通過計算得出小麥表面的溫度，由于熱輻射相機是借助無人機平臺在高空進行觀測，因此觀測的重點主要小麥頂端。通常情況下熱輻射相機所能接收到的紅外輻射不光有地面反射還有地面本身散發(fā)的紅外輻射，通過專業(yè)的計算，可以得出真實的地表溫度以及小麥冠層溫度。之后通過對天空溫度、水泥地以及黑白定標(biāo)布的同步觀測，來對熱輻射相機的觀測圖像進行精度上的矯正。通過熱輻射相機的觀測，能對小麥生長的環(huán)境溫度、小麥生長過程中溫度的變化以及小麥生長過程中有無發(fā)生干旱現(xiàn)象有一個很好的認識，再結(jié)合多光譜相機許葉片的觀測，就能對該種小麥生長所需的大致水量以及溫度等有一個很好的認識。

三、結(jié)語

無人機技術(shù)是一項應(yīng)用極為廣泛的技術(shù)，它不但能應(yīng)用在水利、建筑之類的工程建設(shè)，同時也能應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之上，為農(nóng)作物的育種工作提供幫助。但是目前我國的無人機技術(shù)還存在著很多的問題，例如信號傳輸易受干擾、承載能力相對較小、航行時間較短不能滿足長時間的監(jiān)測等，相關(guān)研發(fā)部門還要對該項技術(shù)進行改進，才能更好地為我國經(jīng)濟事業(yè)的發(fā)張?zhí)峁椭?/p>

參考文獻：

[1]劉建剛，趙春江，楊貴軍，等. 無人機遙感解析田間作物表型信息研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（24）：98-106.

[2]趙曉慶，楊貴軍，劉建剛，等. 基于無人機載高光譜空間尺度優(yōu)化的大豆育種產(chǎn)量估算[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33（01）：110-116.

[3]陸國政，李長春，楊貴軍，等. 基于無人機搭載數(shù)碼相機的小麥育種表型信息解析[J]. 中國種業(yè)，2016（08）：60-63.

[4]周超，向緒友，鐘旭，賀藝. 無人機在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及展望[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（11）：80-82+86.