在《通往精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)之路》專欄開篇之初，有不少同學(xué)表示對于 3D 遙感技術(shù)、多光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用很感興趣。今天，我們專門來探討一下這個話題，具體聊聊這些技術(shù)在植物生長監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測方面的應(yīng)用，國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀，以及探索其將來在植保無人機上的可能應(yīng)用。
首先，我們得明確 3D 遙感信息是什么。所謂 3D 遙感信息，是指把三維位置和遙感光譜數(shù)據(jù)結(jié)合在一起的一體化遙感信息。
目前已有機載三維成像儀可從空中同步獲得地面目標(biāo)的三維位置和遙感光譜信息，實現(xiàn)定位、定性數(shù)據(jù)的一體化獲取。
目前高分辨率的 3D 遙感影像主要用于：
1、地形分析，如坡度分析、地貌面分析、水系分析、構(gòu)造分析等等;
2、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，通過建立災(zāi)害體的 3D 仿真模型，提取災(zāi)害體的特征信息，評價災(zāi)害體的危險性;
3、礦區(qū)礦產(chǎn)資源調(diào)查，是將高精度數(shù)字高程模型(DEM，Digital Elevation Model，通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)對地面地形的數(shù)字化表達(dá))數(shù)據(jù)與礦區(qū)高分辨率遙感圖像疊合生成三維遙感影像，反映復(fù)雜的地形、地貌、地質(zhì)特征;
4、其它方面，如城市景觀設(shè)計、軍事地形三維仿真、工程選線等等。
3D遙感技術(shù)在病蟲害監(jiān)測中的應(yīng)用
對于病蟲害遙感監(jiān)測，主要還是依據(jù)作物受不同脅迫影響后發(fā)生的光譜響應(yīng)，國內(nèi)外的相關(guān)研究主要集中于四個層面：1)病蟲害光譜響應(yīng)生理機制;2)病蟲害光譜響應(yīng)特征位置;3)應(yīng)用于病蟲害監(jiān)測的植被指數(shù);4)病蟲害遙感識別和程度區(qū)分算法。
概況性地講，目前植物病蟲害脅迫下引起光譜響應(yīng)的生理機制基本是明確的;病蟲害光譜響應(yīng)特征位置有不少研究，主要集中于典型作物的典型病蟲害如小麥條銹病、白粉病，水稻褐飛虱、稻瘟病，番茄晚疫病等，但研究的作物和病蟲害的種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠全面;目前已研究嘗試通過數(shù)十種類型的植被指數(shù)，來建立遙感信息和病蟲害的發(fā)生、程度之間的關(guān)系。
關(guān)于識別和區(qū)分算法，主要是想建立病情和光譜特征之間的關(guān)系，方法模型很多，大致可以分為兩類：一類是基于高光譜非成像數(shù)據(jù)建立的模型，一類是基于圖像的數(shù)據(jù)分析方法。這些方法涉及了多元統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)挖掘算法和圖像分析方法，目的是希望模型具有較高的精度和專一性。
應(yīng)用遙感技術(shù)進行農(nóng)作物不同生育期長勢監(jiān)測/圖 來源極飛學(xué)院
3D遙感技術(shù)在植保無人機上的應(yīng)用探索
顯然，3D 遙感技術(shù)今后也可以應(yīng)用于植保無人機。特別是若能利用低空無人機遙感測繪、建模、農(nóng)情分析及“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，構(gòu)造出“農(nóng)田林地 3D 空間模型平臺”，提供農(nóng)田林地的空間模型、作物信息、病蟲害信息、位置關(guān)系，甚至一些環(huán)境數(shù)據(jù)(包括的溫度、濕度、光照等)，則可對指導(dǎo)植保無人機仿地飛行、精準(zhǔn)施藥有極大幫助，也拓展了植保無人機的應(yīng)用范圍。目前這僅僅是一個愿景，但可以期待。
用無人機作為平臺，通過遙感來監(jiān)測植物生長情況、監(jiān)測病蟲害、預(yù)測收成等方面的研究早已開展，特別是產(chǎn)量估算/預(yù)測收成是遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的最早的研究方向之一，也是相對成熟的農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用研究。
基于遙感的產(chǎn)量估算早在 20 世紀(jì) 70 年代就已開始，如 1974 年美國農(nóng)業(yè)部(USDA)、NASA 等部門合作實施的“大面積作物估產(chǎn)實驗”，即 LACIE 計劃，主要是利用 Landsat MSS 影像來估測小麥種植面積。
國內(nèi)從事這項研究也有差不多 30 年的時間，如 80 年代中期，在國家經(jīng)委的支持下，以國家氣象局為主組織開展了北方 11 省市冬小麥的 NOAA/AVHRR 衛(wèi)星遙感估產(chǎn)研究，建立了遙感影像面積測算方法。
1997 年，中國科學(xué)院“九五”重大和特別支持項目“中國資源環(huán)境遙感信息系統(tǒng)及農(nóng)情速報”，就實現(xiàn)了全國小麥、玉米、大豆、水稻等大范圍長勢遙感監(jiān)測與產(chǎn)量預(yù)報。
“十一五”期間，北京師范大學(xué)和國家統(tǒng)計局建成了“國家糧食主產(chǎn)區(qū)糧食作物種植面積遙感測量與估產(chǎn)系統(tǒng)”。
目前，國內(nèi)外主要的作物遙感監(jiān)測運行系統(tǒng)(集成了作物種植面積調(diào)查、長勢監(jiān)測和最后產(chǎn)量估測)就在美國、歐盟和中國。
?