在農業領域，病蟲害是使得作物產量減少的關鍵因素之一。傳統的監測方法不僅操作繁瑣且效率低下，因此急需尋找一種高效、快速而又不會對農作物造成破壞的監測手段。在這一挑戰面前，無人機遙感技術的涌現為解決農業病蟲害監測問題提供了全新的途徑。

引言

在農業領域，病蟲害是使得作物產量減少的關鍵因素之一，受疾病和蟲口的侵害，農作物的減產率每年可能達到15%~20%。傳統的監測方法不僅操作繁瑣且效率低下，因此急需尋找一種高效、快速而又不會對農作物造成破壞的監測手段。在這一挑戰面前，無人機遙感技術的涌現為解決農業病蟲害監測問題提供了全新的途徑。

農作物病蟲害無人機遙感監測原理

農作物病蟲害的無人機遙感監測原理類似于蝙蝠、飛蛾等動物利用超聲波產生的動態反射進行導航。在這個過程中，農作物表面與病蟲害的相互作用可通過電磁波的特性進行監測。農作物作為不同類型的物體，在其受到病蟲害侵襲時，會產生特定的反射和輻射電磁波，遙感技術充分利用這一原理，在無人機等平臺上搭載傳感器和接收電波設備，在農田上空實現對農作物內部波譜反射與輻射特性的監測，從而確定當前農作物的健康狀態和具體品種。

當農作物受到病蟲害侵襲時，其葉片顏色、葉片結構等都會發生明顯變化，導致外觀特征的改變或倒伏，這些變化引起了光譜參數的變動，影響了波段吸收和波長反射等。因此，受蟲害侵襲的農作物表現出不同的形態，與健康的農作物進行波長信息對比，便可在光譜反射中揭示出病蟲害侵襲的時間和類型。遙感技術通過對這些波段信息的分析，能夠精確診斷農田中的病蟲害情況。

病蟲害侵襲引起的農作物變化會導致光譜反射的差異，因此利用遙感技術監測這些差異，可以得到更為科學、合理的數據，成為一種高效的手段，實時獲取農田的狀況，為農業生產提供科學依據，實現對病蟲害的及時防治。因此，基于光譜反射的遙感監測為農業病蟲害的防控提供了可行性和準確性，使其成為一項創新而可靠的農業管理工具。

三、無人機遙感技術在農業病蟲害監測中的優勢

3.1快速、高效的數據獲取

傳統的農業監測方法往往受制于地面限制，導致監測周期長、數據獲取速度慢的問題，而無人機的應用通過空中視角的快速覆蓋，顯著縮短了監測周期。無人機搭載的高分辨率光學傳感器和紅外傳感器，能夠在較短時間內覆蓋廣大農田，捕捉到大量地理信息數據。這些傳感器以高速采樣和高靈敏度的特點，實現對農田細節的快速捕捉，包括植被指數、地溫分布等多方面數據，不僅提供了豐富的信息量，也為農業病蟲害的早期識別提供了數據基礎。

無人機遙感技術實現了靈活的任務規劃和多樣化的飛行軌跡，可根據病蟲害分布情況和農田結構進行智能化調整。在一個飛行周期內，無人機可以快速地掃描大面積農田，為病蟲害監測提供全面的數據支持。相較于傳統的人工巡視或有人機的數據獲取方式，無人機的自主飛行和智能規劃使得數據采集更為高效。

3.2 高精度監測

無人機配備的多光譜和高光譜傳感器，能夠實現對不同波段的光譜信息進行高分辨率捕捉，從而提供更為細致的地表覆蓋信息，可識別植被的不同生理狀態，包括病害、蟲害的早期跡象，實現對病蟲害的高度敏感監測。

圖1 農作物病蟲害監測

無人機配備了激光雷達技術，能夠精確測量地表的高度和形狀，實現對農田地貌的高精度三維建模。無人機將激光雷達數據與其他傳感器數據融合，可以生成高精度的地表模型，提供詳細的地形和植被信息，為病蟲害的分布提供更為準確的空間信息、為精細化的防控措施提供了可靠的數據基礎。無人機搭載的紅外傳感器，能夠探測作物的表面溫度，通過溫度差異識別病蟲害的存在，對于發現植物生理變化的微小差異具有高度敏感性，能夠在早期階段準確診斷農田中的異常情況。

3.3 設定靈活的監測區域

傳統的監測方法受限于地面或固定平臺，無法適應多樣性的農田結構和病蟲害分布，而無人機的靈活性和自主性使其能夠更加有效地適應不同監測需求。無人機的自主飛行能力使其可以覆蓋大范圍的農田，從而能夠對廣泛的地理區域進行監測。與傳統的人工監測方式相比，無人機不受地面限制，能夠快速飛越農田，高效地實現對大面積區域的全方位監測。

在病蟲害監測方面，能夠更加靈活地適應不同地形和農田結構，有力地支持了農業生產中對廣泛區域的需求。無人機的任務規劃和飛行路徑可以根據實際監測需求進行靈活調整，在無人機系統中設定不同的監測區域、關注點或優先級，用戶能夠根據病蟲害的分布情況智能規劃飛行路徑，可以有針對性地覆蓋特定區域，提高了監測效率和數據采集的精準性。

3.4低成本、低風險

相較于傳統的病蟲害監測手段，無人機的應用不僅在設備成本上更為經濟，也降低了操作風險，更加適用于農業生產現場。以小型多旋翼無人機為例，其制造成本相對較低，維護成本也相對較為經濟。由于無人機所需的技術設備日趨成熟，市場上競爭激烈，使得無人機的價格相對穩定且逐漸下降，中小農場或農業合作社也能夠承擔起無人機遙感技術的采用成本，推動了該技術在農業領域的廣泛應用。無人機遙感技術避免了人為風險，如傳統手動巡視可能面臨的天氣不佳、地形復雜等風險因素，而無人機的自主控制和智能避障功能，降低了飛行過程中的意外風險。同時，無人機遙感技術無須大規模的土地開墾，避免了對農田生態環境的破壞，具有更低的環境風險。

四、農業病蟲害監測中無人機遙感技術的應用

4.1多光譜無人機遙感影像監測

多光譜無人機遙感技術可以獲取農田不同波段的光譜信息，實現對植被狀態的精準監測，從而為農業病蟲害的防治提供科學數據支持。多光譜傳感器能夠同時獲取多個波段的光譜信息，覆蓋從可見光到紅外光譜范圍，可以捕捉植物反射的多個特征波段，包括葉綠素吸收的可見光波段、植物健康狀態的近紅外波段等。

圖2 健康植被與病蟲害植被光譜曲線

對這些光譜信息進行分析，可以準確反映植被的生理狀況，進而檢測到病蟲害引起的植被異常變化。光譜無人機遙感影像監測技術具有較高的空間分辨率，能夠細致地捕捉到農田中每個小區域的光譜信息，為病蟲害的早期發現提供了可能，因為即使在病害尚未顯著表現出外部癥狀的階段，植物內部的生理變化已經可以通過光譜數據進行敏感檢測。因此，多光譜無人機遙感監測不僅有助于精確診斷病蟲害類型，還能提供病害發生的時間和程度等關鍵信息。

4.2 高光譜無人機遙感影像

高光譜無人機遙感影像技術在農業病蟲害監測中展現出與多光譜相似但更為優越的成像原理。相較于多光譜成像，高光譜無人機成像在遙感影像定位方面表現更為出色，其擁有更多的波段，提供更高分辨率和更豐富的圖像信息，使得高光譜影像能夠更精準地捕捉農田的光譜特征，為農業病蟲害的監測和診斷提供更為詳細的數據支持。在進行遙感病蟲害監測時，無人機主要應用高光譜成像技術對多種農作物如棉花、油菜、小麥等進行病蟲害監控。高光譜傳感器能夠分辨更多波段，覆蓋更廣泛的光譜范圍，因此能夠更全面地捕捉植物的光學特性。通過無人機高光譜形成的影像數據，結合其他遙感數據信息開展對農田病蟲害的數據建模，取得了較為理想的監測結果。

圖3 機載端采集控制軟件操作界面

高光譜無人機遙感技術的病蟲害監測過程中，對不同波段的高光譜數據進行分析，可以實現對病蟲害的監測與識別。不同的病蟲害在植物光譜中留下獨有的特征，對這些特征的識別可以迅速定位和區分農田中的不同病蟲害類型，為及時采取精準的防治措施提供了科學依據。

4.3無人機可見光影像

無人機在農業病蟲害監測中運用可見光影像技術，通過三個波段即紅色、藍色、綠色，對可視光線進行傳導。此技術通過無人機平臺結合不同型號的數碼相機和RGB傳感器，得以對農作物病蟲害進行細致研究，在該領域取得了顯著的研究成果。學者們通過無人機平臺搭載多種數碼相機和RGB傳感器，實現了對農作物病蟲害的多樣化監測。在監測過程中，根據不同數碼影像的種類，利用飛行高度和區域劃分等多種方式進行光譜數據的獲取，能夠通過提取影像中的顏色、紋理和特征等信息，以及對病蟲害的區分，再結合當前信息進行更精準的病蟲害識別。在無人機可見光影像監測中，利用高光譜數據等顯著性較強的植被指數，對參數與農作物病蟲害的數據特征進行綜合性的分析，能夠更全面地了解農田中植物的健康狀態，從而實現對病蟲害發生量的識別和監測。

4.4熱紅外成像遙感

熱紅外成像遙感技術在農業病蟲害監測中發揮著關鍵作用，通過無人機平臺搭載熱紅外傳感器，實現了對農田病蟲害的高效監測。該技術基于不同物體表面溫度的差異記錄并分析熱紅外輻射，可實現對農作物的病蟲害情況進行無損、高精度的探測。在熱紅外監測中，受到病蟲害侵襲的農作物往往表現出不同的表面溫度特征。病蟲害引起的生理變化和代謝活動導致植物受感染部位的溫度上升，與健康部分形成明顯的溫度差異。

無人機搭載的熱紅外傳感器可以在不同時間、不同地點對農田進行高頻率、高空間分辨率的熱紅外成像，捕捉這些微小的溫度變化。此外，熱紅外監測技術還能夠實現對農作物的整體生長狀態進行評估。病蟲害的侵襲往往導致受感染區域的代謝活動增加，從而在熱紅外圖像上呈現出明顯的熱斑。通過分析這些熱斑的位置、大小和強度，以確定農田中存在的病蟲害類型及其程度，為農業生產提供實時、非侵入性的監測手段。此外，熱紅外監測技術的優勢在于其無須直接接觸目標，可在復雜地形環境中實施、無日夜限制等特點，使無人機熱紅外監測技術成為一種高效、全天候、大范圍的農業病蟲害監測工具。

4.5激光雷達成像遙感

激光雷達監測技術具有高精度的空間分辨率，能夠獲取農田地表的三維形狀和高度信息，為監測病蟲害引起的植被結構變化提供詳細而準確的數據。無人機搭載的激光雷達傳感器可以實現對農田進行高密度的點云采集，精確還原農作物的空間結構，包括樹冠、葉片等細節，從而更好地捕捉植被的微觀特征。在病蟲害監測方面，激光雷達成像技術能夠識別植物的垂直結構和密度變化，揭示病蟲害引起的植被生長異常。對點云數據進行分析，可以檢測出受侵襲植物的生長狀況，包括樹冠形狀的不規則變化、密度的減小等。這些微小的結構變化往往是病蟲害侵襲的早期跡象，激光雷達監測技術的高精度使其能夠提前發現這些異常，并為農民提供及時的預警和管理建議。此外，激光雷達技術還能夠穿透植被表面，獲取植被下層的地形信息，對于隱藏在植被中的病蟲害也有著較好的檢測效果，將激光雷達數據和其他遙感數據相結合，以實現全方位、多層次的病蟲害監測，為科學、高效的防治策略提供有力支持。

五、無人機遙感監測農業病蟲害的展望

無人機遙感技術在農業病蟲害監測方面展現出巨大的潛力，未來的發展前景十分廣闊。

首先，病蟲害特征訓練的研究將成為技術的關鍵驅動力，通過深度學習等先進技術，無人機可以收集大量高分辨率的圖像數據，為病蟲害特征的準確提取奠定基礎。未來的發展方向包括通過大規模數據集的構建，訓練深度學習模型以自動提取病蟲害相關特征，從而實現更加智能、高效地監測和識別。其次，病蟲害分類識別將成為無人機遙感監測的重點研究方向。通過對已有數據的深入分析，研究人員可以建立更為精準的分類模型，實現對不同病蟲害的準確識別。借助機器學習技術，根據病蟲害引起的農作物光譜、形態和結構等變化，實現對多樣化病蟲害的快速、準確地分類。

展望未來，隨著硬件和軟件技術的不斷升級，無人機的遙感監測將更加全面、高效。新一代傳感器的應用將進一步提升圖像分辨率和光譜分辨率，為病蟲害的細致監測提供更多可能性。同時，機器學習和人工智能算法的不斷創新將促使無人機遙感監測在病蟲害特征提取和分類識別方面取得更為顯著的進展，使其更適應不同地域和農作物的監測需求。

六、結語

綜上所述，無人機可以搭載各類傳感器，充分利用其低空飛行的優勢，獲取高清影像圖，通過計算機處理影像數據，實現對各類作物生長特征的精準監測。相比傳統方法，無人機遙感技術具有大面積、快速、無破壞、無污染的優勢，極大地節省了人力和物力，提高了監測效率，更加環保。未來，隨著科學技術的不斷發展，相信無人機遙感技術在農業病蟲害監測中能夠發揮出更大的作用。

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審核編輯 黃宇