基于无人机影像的农情遥感监测应用研究

李璇

摘要：本文以中国农业科学院及周边地区为研究对象，采用无人机进行的航拍测验，主要测试了无人机影像下对农作物的分辨。结果显示：在没有控制点的约束下，其对农作物有着很高的分辨。经过一系列研究表明：无人机遥感影像在获取小范围内、农作物分布上面有着广阔的发展前景，在推广之后能够代替现有人工测量，进而推动了我国农业测量作业方式的发展，为我国的粮食安全、农业的可持续发展提供了可靠地、全面的信息支持。

关键词：农业，遥感，无人机，监测

1前言

事实上，农情遥感监测就是运用遥感技术对农业生产活动进行的一个监测过程，其主要是对农作物的种植面积，生长情况和产量进行系统性的监测。其在范围广、时效性强和客观性方面是其他监测方法所不能实现的。农业的生产复杂、多变，需要对规定范围内农业情况开展影像观察，当前，星载高空分辨率数据的存在重访时间长的情况，无法在短时间内提取数据，空间抽样在很大程度上弥补了这一不足。但是，利用定位系统检测地面的方法只能对小面积的农作物进行监测，并且效率低下，不能满足对农业生产大数据的需求。随着无人机和遥感技术的发展，这一问题得到了有效的解决。无人机的成本低、简单易操作，分辨率高，能够对某一地区的研究对象进行快速的影像检测，为大范围的农情提供了便利。

2研究的方法

2.1研究思路

对无人机影像农情遥感监测的研究包含三个方面：无人机影像的获取与定位，外围方案的数据采集，无人机农作物的识别方法。无人机影像的获取和定位对本次研究采用的无人机情况，介绍包含相机的检测，布控点的分布以及航线的设置等方面的内容；外围方案的数据采集包含布控点的设置、地面农作物分类和划分为研究。

2.2无人机影像的获取与定位

2.2.1相机的校验

本次的研究采用的是Free Bird小型电动无人机，系统简单易操作。由于进行航拍的相机是测量的相机，存在着很大的偏差。因此，相机参数的设定具有关键性因素，其设定结果的精准度和算法的稳定性直接影响着相机的工作结果。本文研究采用的相机校验工作是经过试验的，校验报告由厂家提供。

2.2.2布控点的设置和航线的设计

无人机航空影像搭载的相机都非常普通，其航高低、重叠度大，要开展精度的测量，那么布控点的设置数目会随之增加。本次试验所用无人机由POS系统提供相机，方便辅助空三测量，理论来说只需要一个基站，不需要任何控制点就可以实现对整个测区的航空监测，经过校正后的影像能够保证一定的定位精度。但是，在具体操作中，如果要想获取更准确的定位精度，需要在地面上设置一定量的布控点。布控点的设置要求GPS信号遮挡少，目标易于观察、分布均衡。本次试验布控点的设置一共有105个，分别设置在道路的两边，利用PTK进行测量，可以应用于于空三预算和精读的检测上面。

本次航线的设计行高为380m左右，一共设置了11条东西方向的航线，每条航线长为4m左右，航线的重叠度达到85%，大部分地面被5张及以上的像片包含，单幅影像覆盖面积大致为336*504m，影像分辨率约为0.12m，实现了整个监测区域的覆盖。

2.2.3无人机影像的定位

利用无人机航拍最终获得的是中心投影，如果被应用到现实中去，需要处理好影像和拼图工作，以此取得整个测区的正射影像图。

与传统的卫星传感器不同，无人机影像的拍摄姿态稳定度比较差，这直接影响着定位的准确度。当今，一般商用软件的做法是POS辅助光束法空三。本文监测采用的无人机影像定位的步骤是：第一，通过对相机的校验确定校验参数，并结合GPS提供的相机成像时刻外方位线元素，对无控制点下的POS辅助空中的三角测量。在对地面进行一系列加密之后，得到数字高程模型，然后对影像数字进行纠正，便可获得正射的影像图。综上过程可以得出：空中三角测量的精准度对最终的正射影像图的质量起着直接的作用，如果空中三角测量出现误差，那么完成正确的拼图都非常困难。当前，大部分商用软件都可以实现精准度的要求，但操作者在实际的测量中，要依据自身的要求进行针对性的应用。

3无人机对农作物的分辨方法

本文利用两种分类方法，分别对监测区内的农作物进行监测。一是以最大似然分类法，它有严密的数据理论基础，综合运用各个类别在各个波段的平均值，方便统计，是一种比较先进的分类方法，其应用范围很广。该方法利用对样本的统计和计算以获取农作物类别的平均值，并作为参考值，进而明确一个分类函数，并将农作物分类中的各个像元带入到分类函数中，来得出最大似然概率，并且将概率的最大类别作为分类的标准，进而完成分类。另一个分类方法是面向对象，它遵循影像多尺度分割的原则，采用模糊数学的方法获取影像对象的信息，并将影像对象作为基础单元，进而提取有效信息。影像信息的提取以模糊逻辑的分类为基础，给出某个对象属于某类的概率，并不是单纯的将对象分为一类。

4结果讨论

无人机影像在弄清遥感监测方面有着广阔的发展前景，和衛星影像相比，有着更高的分别率，能够更好地实现农作物的监测。同时，无人机影像为某地区农作物的种植情况、生长过程、产量等信息提供了有效的数据。本文从无人机影像的获取与定位、航线的设计和布控点的设置、农作物的分辨等方面进行了研究，探讨了无人机影像在弄清检测方面的可行性。由于，我国利用无人机影像对农情遥感监测的起步比较晚，需要研究者开展进一步的研究，其中包含制作和提取精确的正射影像图，还有更多农业方面的应用。

参考文献：

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