無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)發(fā)展的四大問(wèn)題與展望

目前,利用無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)害危害的相關(guān)研究,與應(yīng)用還處于初級(jí)階段,在無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)和機(jī)載傳感器的研發(fā)、應(yīng)用和管理方面,及遙感監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)害危害數(shù)據(jù)的獲取、處理和應(yīng)用等方面,都有極大的提升空間,需要不斷完善應(yīng)用功能。

一、無(wú)人機(jī)性能亟待優(yōu)化
針對(duì)遙感監(jiān)測(cè)所使用的無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái),主要存在穩(wěn)定性不足、續(xù)航時(shí)間較短、易受外界干擾和載荷不足等問(wèn)題。需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)穩(wěn)定性強(qiáng)、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)和載荷大的無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)。對(duì)于無(wú)人機(jī)機(jī)載傳感器,為滿足不同的遙感監(jiān)測(cè)任務(wù)需求,無(wú)人機(jī)可以搭載相應(yīng)的傳感器。然而,現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)機(jī)載傳感器無(wú)法完全適應(yīng)復(fù)雜的外部環(huán)境,所獲取的作物病蟲(chóng)害危害數(shù)據(jù)質(zhì)量往往由于環(huán)境的不同而存在差異,并且由于無(wú)人機(jī)平臺(tái)載荷不足,往往搭載傳感器的重量和數(shù)量等有限。因此,研發(fā)低成本、輕量化和模塊化以及實(shí)用性更強(qiáng)的機(jī)載傳感器具有重要意義。
在使用無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害時(shí),為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、普適等目的需要綜合考慮飛行的任務(wù)、環(huán)境、天氣等因素,從而選擇合適的無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)和搭載的傳感器。特別地,在提高遙感監(jiān)測(cè)任務(wù)的無(wú)人機(jī)自身安全性的基礎(chǔ)上,還需進(jìn)一步完善與遵循空中交通管理機(jī)制,實(shí)行無(wú)人機(jī)空域管理以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃,合理、充分、有效利用。同時(shí),對(duì)于無(wú)人機(jī)操作人員需要具備安全飛行意識(shí),遵守當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī),選擇安全的飛行環(huán)境,預(yù)防無(wú)人機(jī)潛在危險(xiǎn)等。
二、遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取困難
無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害容易受大風(fēng)、陰雨等惡劣天氣影響,同時(shí)采集數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)太陽(yáng)光照有較高的要求。大部分無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)的操作較復(fù)雜且過(guò)度依賴于人工設(shè)置,制約了其在作物病蟲(chóng)害危害遙感監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用。當(dāng)前研究已逐漸從單塊單次作物遙感監(jiān)測(cè)變?yōu)槎鄩K多次的連續(xù)監(jiān)測(cè),而這加大了遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的任務(wù)工作量,同時(shí)為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取與處理帶來(lái)挑戰(zhàn)。
另外,在開(kāi)展無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害研究時(shí),實(shí)驗(yàn)人員通常需要自行攜帶輻射校正板等校正設(shè)備以便后續(xù)校正操作后獲得反射率值等數(shù)據(jù)。此外,過(guò)去大部分研究使用單一來(lái)源的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),難以全面反映整體信息。隨著傳感器的輕型化和無(wú)人機(jī)載荷及續(xù)航時(shí)間的增加,已逐步實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)同步遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害信息。未來(lái),如何獲取更多的遙感監(jiān)測(cè)信息仍然需要深入研究,如獲取空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與光譜成像對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)與相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù),以及空天地(衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)和地面)一體化立體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。值得一提的是,越來(lái)越多開(kāi)源的更大型、更多元、覆蓋更廣的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)平臺(tái)等正在不斷涌現(xiàn),將為相關(guān)研究與應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
三、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理復(fù)雜
通常研究與應(yīng)用人員,需要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)相應(yīng)算法或使用相關(guān)軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的拼接、解析和生成處方圖等操作,其中部分算法和特定軟件針對(duì)特定應(yīng)用而開(kāi)發(fā)。隨著利用無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害時(shí)間增加,以及空間和光譜分辨率提高,需要解決無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)獲取的海量數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題。滯后的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)解譯將無(wú)法及時(shí)指導(dǎo)病蟲(chóng)害的防治,導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)病蟲(chóng)害快速、精準(zhǔn)、高效防治。特別地,為實(shí)現(xiàn)時(shí)空實(shí)時(shí)感知、周期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、要素實(shí)時(shí)評(píng)估,當(dāng)前利用空天地一體化立體監(jiān)測(cè)技術(shù),開(kāi)展作物病蟲(chóng)害危害監(jiān)測(cè)的綜合研究,與應(yīng)用較少,且具有巨大潛力。
未來(lái),需不斷完善數(shù)據(jù)處理方法,應(yīng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出適用性更強(qiáng)、適用面更廣的數(shù)據(jù)處理算法或軟件以提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。利用更多元的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提取更全面綜合的作物病蟲(chóng)害危害特征??s短數(shù)據(jù)處理時(shí)間,使用基于5G通訊網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算設(shè)備以解決數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)及時(shí)處理的問(wèn)題,更加及時(shí)、精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)害發(fā)生和危害程度。
四、遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果使用局限
由于存在作物的物候階段、種植區(qū)域與類(lèi)型、生育期、病蟲(chóng)害危害的監(jiān)測(cè)時(shí)間、氣候變化等影響,目前大部分算法或模型僅適用于對(duì)應(yīng)研究,而無(wú)法具備穩(wěn)定性、普適性和通用性,往往由于時(shí)間和空間的局限性而嚴(yán)重制約其大面積應(yīng)用與推廣。例如,在單次的無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)害危害中實(shí)現(xiàn)很高的識(shí)別率,但并不能保證在其他時(shí)刻通過(guò)無(wú)人機(jī)獲取的遙感監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)害危害數(shù)據(jù),能得到同樣的識(shí)別率。
因此,未來(lái)需要對(duì)作物病蟲(chóng)害危害狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè),總結(jié)各種作物病蟲(chóng)害危害的類(lèi)型和數(shù)據(jù)特征,深化對(duì)無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)。通過(guò)建立適用性更強(qiáng)的無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害算法或模型,從而構(gòu)建無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害危害的方法庫(kù)以推動(dòng)病蟲(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展。