针对精准农业及相应实践挑战的无人机特性技术研究
点击左上角"MDPI环境与地球科学"关注我们，为您推送更多最新资讯。研究背景过去十年里，无人平台结合先进的遥感技术在精准农业(PrecisionAgriculture,PA)方面的实际应用，提高了农业生产力与投入效率，充分降低了运营成本。然而，因无人机运行对天气条件的依赖性、几何校正和辐射校正等方面的限制，无人机平台技术在实际农业应用中仍具有一定的局限性。基于此，来自美国的NadiaDelavarpour研究团队在RemoteSensing期刊上发表了综述，作者对近10年的100余篇针对无人机在农田监测和
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研究背景
过去十年里，无人平台结合先进的遥感技术在精准农业 (Precision Agriculture, PA) 方面的实际应用，提高了农业生产力与投入效率，充分降低了运营成本。然而，因无人机运行对天气条件的依赖性、几何校正和辐射校正等方面的限制，无人机平台技术在实际农业应用中仍具有一定的局限性。
基于此，来自美国的Nadia Delavarpour研究团队在 Remote Sensing 期刊上发表了综述，作者对近10年的100余篇针对无人机在农田监测和农药喷洒等精准农业领域的研究进行总结，对比了在农业领域中不同无人机类型及遥感技术的优势与不足，并分析了其应用的局限性，以及未来在精准农业方面的应用优势。
研究内容
无人机平台
本文重点关注农业中最常用的轻型无人机，如图1所示。微型固定翼无人机、旋翼无人机和混合垂直起降无人机，这三种类型的无人机在农田监测和农药喷洒等精准农业领域的应用较多。
图1. 应用于精准农业方面的主要类型。(a) 六旋翼型无人机；(b) 大型固定翼型无人机；(c) 垂直起降型无人机；(d) 四旋翼型无人机；(e) 小型固定翼型无人机；(f) 大型垂直起降型无人机。
固定翼、旋翼和混合无人机的优缺点比较，如表1所示。微型固定翼无人机覆盖领域广，具有较高的续航能力与载荷能力，在农药喷洒等需要较长时间操作的领域应用较为理想。与微型固定翼相比，旋翼无人机覆盖面积较小，但具有飞行稳定、荷载大、在同一区域的飞行时间更长、适用于低空飞行且部署迅速等特点，因此旋翼无人机也深受欢迎。与这两款无人机相比，混合垂直起降无人机的成本较高，由于其仍处于开发阶段，在盘旋和向前飞行方面仍不够完善。
表1. 常用无人机类型及其技术特性。
无人机遥感系统
本文总结了各种精准农业中最常用的传感器和有效载荷。如表2所示，与无人机配套使用的遥感传感器和装备选择，取决于其型号、重量和应用方面的差异。与高光谱传感器、热敏传感器和雷达传感器相比，RGB颜色传感器与多谱段传感器花费成本较少。尽管可以提供热成像，但热敏传感器受湿度等环境因素影响较大，而大多数多谱段传感器提供的成像像素高于热敏传感器。
表2. 精准农业应用与作业方面最理想的传感器类型。
无人机能够精准控制农药用量，实现农药的均匀喷洒，从而降低化学物质向地下水的渗透量。同时，无人机在操作时，几乎不会对作物造成损害，且能够避免人员直接接触化学药品。但它的喷洒效果也受到飞行参数、农田面积，以及定点喷洒停站次数等因素的影响。而在农作物监测方面，无人机获取的作物图像可以对联合收割机获取的数据进行补充，与卫星相比，无人机定期飞越同一区域不受限制，且可能在同区域生成多年产量图。然而，无人机绘制作物产量图的技术还不够完善，在精准显示产量变化等方面还有提升的空间。
目前，结合无人机的遥感技术还并未被农民广泛采用，主要是由于无人机获取的大量复杂数据，需要依赖软件进行分析，这其中耗费的成本和学习时间投入对农民来说还有待商榷，且商用无人机的使用许可执照对农民来说也是一个难题。针对无人机使用方面的挑战总结的解决方案，如表3所示。作者指出，研究、开发和验证这些方案是应对这些挑战的重要步骤。
表3. 无人机应用暂未解决的问题及建议。
研究总结
本文综述了无人机在不同农业应用中的相关研究，总结了可用平台和传感器的类型，以及飞行计划、图像配准、校准和校正和基于任何特定应用领域中的变量所导出的数据产品。本文为农业领域相关工作人员及研究人员如何合理地选择无人机与遥感技术，并将其应用于精准农业领域中提供了科学见解。同时，本文也指出了目前该技术所面临的诸多挑战，仍需要进一步整合各项技术方法，并提出了优化无人机应用的几种建议，尤其是在未来可以进一步开发标准化实验平台来提高不同应用程序的可靠性。
原文出自 Remote Sensing 期刊
Nadia, D.; Cengiz, K.; John, N.; Sreekala, B.; Xin, S. A Technical Study on UAV Characteristics for Precision Agriculture Applications and Associated Practical Challenges. Remote Sens. 2021, 13, 1204.
Remote Sensing 期刊介绍
主编：Prasad S. Thenkabail, USGS Western Geographic Science Center (WGSC), USA
期刊范围涵盖遥感科学所有领域，从传感器的设计、验证和校准到遥感在地球科学、环境生态、城市建筑等各方面的广泛应用。
2021 Impact Factor 5.349
2021 CiteScore 7.4
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Time to Publication 43 Days
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