無人機(jī)高光譜相機(jī)系統(tǒng)較具成本效益的作物種植方法

與消費(fèi)者級相機(jī)相比，高光譜圖像通常提供較低的空間分辨率，但非常高的光譜分辨率通常超過100個(gè)頻段。例如，頭墻在400納米至100納米的可見光和近紅外光譜中提供272個(gè)光譜帶，而空間分辨率限制在640個(gè)空間波段。它們通常是連續(xù)的、重疊的帶狀的，或分布在橫跨可見到近紅外和長波紅外紅區(qū)域的寬上。這意味著可以在植物壓力和疾病生命周期中檢測到更微妙的變化。需要一臺相機(jī)，但體積大得令人望而卻步。最近，可修改為無人機(jī)實(shí)施的小型高光譜攝像機(jī)以相對較低的成本提供。許多此類高光譜相機(jī)都包含，為有效的圖像校正和改進(jìn)數(shù)據(jù)后處理提供同步數(shù)據(jù)。

與其他成像一樣，高光譜成像可以以被動(dòng)或主動(dòng)的方式使用。在前者中，測量了陽光導(dǎo)致的植物反射率。在后者中，光源暫時(shí)照亮觀察到的結(jié)構(gòu)，并測量反射率。這也被稱為熒光。此外，可能很難適應(yīng)基于熒光的成像方法由于尺寸、重量和空氣動(dòng)力學(xué)限制，無脊椎動(dòng)物的許多物理采樣方法，如真空吸氣器、水坑、網(wǎng)和小孔徑漏斗，無法修改無人機(jī)的實(shí)施。

可以使用使用粘合劑表面或物質(zhì)（瓊脂型果凍）的小型移動(dòng)孢子陷阱。它們最初用于遙控飛行器，此后在當(dāng)?shù)睾秃Ｍ獾臒o人機(jī)上進(jìn)行了演示。鑒于孢子的擴(kuò)散相對未知且難以確定，目前還不清楚應(yīng)該飛行哪種飛行路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，因此提出了一些解決方案。零樣本不足以確認(rèn)沒有病原體，大量存在不足以假設(shè)大規(guī)模暴露或感染。最近的模擬工作為更有效的孢子采樣飛行路徑提供了見解。根據(jù)無人機(jī)的類型，特定的飛行路徑可能更受歡迎，但會導(dǎo)致不同的數(shù)據(jù)，從而難以進(jìn)行比較分析。多個(gè)無人機(jī)可能有助于緩解這些問題。兩架無人機(jī)與高級飛行控制同時(shí)使用，以改善給定出擊的樣本大小，并與之前的結(jié)果一起，研究人員能夠考慮模擬特定真菌病原體的擴(kuò)散和到達(dá)路徑。

無人機(jī)高光譜相機(jī)系統(tǒng)目前的大多數(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用要么涉及從各種傳感器獲取航空數(shù)據(jù)，要么為特定地點(diǎn)的作物處理機(jī)械釋放不同的投入。在操作方面。數(shù)碼相機(jī)是無人機(jī)系統(tǒng)上最常用的數(shù)據(jù)收集傳感器。此外，無人機(jī)高光譜相機(jī)系統(tǒng)可能配備提供作物和土壤溫度信息的紅外傳感器，更專業(yè)的成像傳感器，如使用激光掃描捕獲高分辨率等高線圖和圖像的光檢測和測距系統(tǒng)，或捕獲人類視覺范圍內(nèi)外廣泛光譜反射光譜范圍的高光譜和多光譜成像系統(tǒng)。

隨著新傳感器技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)高光譜相機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用越來越多。一些最常見的應(yīng)用程序是：

?作物健康評估，如氮含量和植物活力。

?作物疾病檢測和嚴(yán)重程度評估。

?土壤水分含量和灌溉效率評估。

?使用數(shù)字海拔模型進(jìn)行現(xiàn)場排水評估AS。

?產(chǎn)量估計(jì)評估。

?用于雜草檢測的空中調(diào)查。

?化肥和殺蟲劑等作物投入的空中應(yīng)用。

?空中調(diào)查，以檢測害蟲的存在和損害。

?直接釋放良性昆蟲以控制雜草或減輕蟲害。

?用孢子陷阱收集病原體樣本。

? 農(nóng)場監(jiān)視以監(jiān)測牲畜。

在作物除塵實(shí)踐中，正在逐步從載人飛機(jī)農(nóng)業(yè)實(shí)踐成功過渡到現(xiàn)代無人駕駛方法。第一架專門為空中應(yīng)用設(shè)計(jì)的載人飛機(jī)是在20世紀(jì)50年代初推出的。

從20世紀(jì)90年代末的日本和韓國開始，雅馬哈R-MAX等無人機(jī)在山區(qū)地形中變得很常見，并被相對較小的家庭農(nóng)場使用，那里需要更低的成本和更高的精確噴灑。

最近，隨著無人機(jī)高光譜相機(jī)系統(tǒng)法規(guī)的制定，R-MAX在美國和澳大利亞等其他國家被使用。盡管R-MAX的有效載荷容量超過20公斤，耐力長達(dá)一小時(shí)，但它似乎是農(nóng)用飛機(jī)的好替代品。

然而，有一些限制，例如所需的飛行員在地面上駕駛帶有無線電發(fā)射器的飛機(jī)，以及飛行員和飛機(jī)之間150米的距離限制。低成本無人機(jī)高光譜相機(jī)系統(tǒng)自主飛行的能力直到過去十年才可用。

綜上所述，隨著PA實(shí)踐日益成為一種更具成本效益的作物種植方法，農(nóng)場經(jīng)理被要求采用新技術(shù)并提高競爭力。PA實(shí)踐僅涉及使用必要數(shù)量的投入，如水、肥料、除草劑和農(nóng)藥，這有助于降低成本，但也最大限度地減少化學(xué)品對土壤、含水層和河流的生態(tài)影響。PA應(yīng)用程序的產(chǎn)品周期通常包括數(shù)據(jù)收集、處方地圖的開發(fā)和交付自定義輸入應(yīng)用程序。農(nóng)業(yè)機(jī)械和技術(shù)的150個(gè)進(jìn)步。