無人機遙感技術在農(nóng)業(yè)灌溉上的應用

劉洋　李衛(wèi)國　王利利

摘 要：無人機作為小型遙感技術的平臺，與傳統(tǒng)的衛(wèi)星和航空遙感相比，在靈活性和分辨率方面都有獨特的優(yōu)勢。土壤濕度的變化會造成土壤的熱學和地表的光學特性以及氣候的變化，導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到影響。為了滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對土壤濕度變化的需求，無人機光學遙感技術得到準確的土壤濕度來滿足現(xiàn)代精準化農(nóng)業(yè)的需求，并且依據(jù)得到的不同土壤濕度對已經(jīng)實現(xiàn)自動化的農(nóng)業(yè)灌溉進行合理的規(guī)劃安排，在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的前提下節(jié)約用水，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：無人機；光學遙感技術；土壤濕度；節(jié)約用水

一、我國的干旱狀況及干旱預警機制

（一）我國干旱現(xiàn)狀

我國是一個嚴重干旱缺水的農(nóng)業(yè)大國。很多省份的人均水資源量低于500立方米。我國人均水資源占有量在世界銀行統(tǒng)計的153個國家中僅排第88位。水資源分布也很不平衡，長江流域及其以南地區(qū)，面積只占全國的36.5%，但水資源量卻占全國的81%；其以北地區(qū)，面積占全國的63.5%，但水資源量僅占19%，所以水資源短缺是我國面臨的嚴峻問題。并且我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)幾乎全部依靠灌溉，因此發(fā)展安全節(jié)約高效的精準農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個目標。

（二）我國干旱預警機制

我國干旱預警主要是通過國家各級人民政府抗旱防汛指揮部負責管理。依據(jù)國家的相關法律法規(guī)、農(nóng)牧業(yè)、水利、氣象等部門向同級人民政府遞交干旱監(jiān)測、預測預警決策信息，政府部門根據(jù)干旱災害的嚴重程度啟動不同的預警應急預案，不同部門之間開展的常規(guī)干旱監(jiān)測、預警評估業(yè)務信息，供內(nèi)部業(yè)務使用或通過授權的媒體上發(fā)布。所以我們一般得到的天氣及干旱情況是比較籠統(tǒng)的大范圍的天氣狀況。但是現(xiàn)在的精準農(nóng)業(yè)上的需要的則是應比較詳細的、精準的。同時由于地理環(huán)境以及土壤環(huán)境的差異即使在同一塊土地中不同部分的土壤含水量也會出現(xiàn)差異，更重要的是我國的地理環(huán)境比較復雜，想要準確的監(jiān)測土壤濕度就更難了。

二、無人機在旱情監(jiān)測上的應用

通過發(fā)展安全高效節(jié)約的精準化農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，也是我國發(fā)展農(nóng)業(yè)的一個目標。無人機已經(jīng)成為一種新型的信息獲取途徑，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的建設進程中，其在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中占有的地位會越來越重要，尤其是在農(nóng)業(yè)旱情監(jiān)測以及農(nóng)業(yè)灌溉上的應用。

（一）無人機遙感技術

傳統(tǒng)遙感技術一般采用衛(wèi)星和大型飛機作為遙感平臺，進行大面積觀測并獲得豐富的綜合性數(shù)據(jù)。但是，傳統(tǒng)遙感在小時空尺度的數(shù)據(jù)采集分析上存在分辨率不足的問題。如果采用小型無人機作為低成本的新型遙感平臺，就很好的彌補了傳統(tǒng)遙感的缺陷，在局部遙感和應急監(jiān)測方面會取得巨大的成功。

無人機遙感技術要求搭載的儀器所占空間小、重量輕、抗震性優(yōu)良。光學遙感技術具有所占空間小、時間短、成像簡單、費用少等一系列優(yōu)點。無人機通過搭載有合成的多功能探測器，以近紅外光作為遙感測量的手段，采集多波段光譜數(shù)據(jù)，依靠地面的操作站對無人機實施操控。

（二）土壤濕度監(jiān)測與土地灌溉

土壤的含水量是農(nóng)作物生長的重要指標，農(nóng)作物的生長都有適宜的土壤濕度范圍，在現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中我們往往需要及時的了解大面積農(nóng)田的土壤濕度。傳統(tǒng)的土壤水分測量方法有：種子散射法、重力土壤采樣法、張力計法、土壤蒸滲法和土壤電阻法。但是這些方法采樣時間長且是點數(shù)據(jù)，不能滿足大面積空間、長期的土壤濕度動態(tài)要求，沒有顯著的代表性。微波遙感技術就可以很好解決這些問題，微波遙感監(jiān)測土壤水分的基礎是土壤的介電特性與水分含量間的密切關系，因為土壤的介電常數(shù)受水的影響很大。無人機通過搭載遙感設備，對收集到的土壤反射回的微波圖像數(shù)據(jù)進行綜合分析，和建立的模型進行對比得到具體的土壤濕度含量，并且可以對圖像模糊的區(qū)域通過自動或人工對無人機實時進行任務設定、航線調(diào)整進行重新的觀測。可以更加全面的對土壤進行監(jiān)測，然后將再次傳回的數(shù)據(jù)與圖像進行數(shù)據(jù)處理分析，得到更加具體的土壤濕度。

農(nóng)業(yè)灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本的問題，作為下一個嚴重缺水的國家，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)建設的首要任務。節(jié)水灌溉技術在廣義上是指相對于傳統(tǒng)灌溉技術更加能節(jié)約、高效用水的灌溉方法，措施和制度的總稱。狹義上是指以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作為前提，根據(jù)地域性和作物生長規(guī)律的不同，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量最高和生態(tài)效益最好為目標而進行的水資源開發(fā)和灌溉技術的總稱。

合理高效的農(nóng)田灌溉，是保證作物生長和節(jié)約用水的基本準則?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)中常采用的節(jié)水灌溉技術有溝灌、噴灌、滴灌等技術。我們通過得到的不同的土壤濕度對灌溉進行合理的安排，這樣既能保證作物產(chǎn)量又能達到節(jié)約用水的目的。

三、結語

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展對農(nóng)業(yè)航空的需求日益增長，決定了農(nóng)用無人機必定成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)操作的主要力量之一。隨著無人機遙感技術的不斷發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)上的應用，為現(xiàn)代的精準化農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了更為有利的技術支持，其不僅可以應用在土壤濕度的監(jiān)測和農(nóng)業(yè)灌溉上，還可以應用在其他農(nóng)業(yè)的信息采集上，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行實時監(jiān)測，從而將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風險降到最低，保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，加快推進我國的農(nóng)業(yè)精準化建設。

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