总结了无人机农业遥感技术发展至今面临的挑战并展望了未来的发展方向。本文将为开展无人机农业遥感技术在精准农业航空领域的研究提供理论参考和技术支撑。
关键词：无人机农业遥感;病害检测;虫害控制;杂草制图;农情解析
中图分类号：S435 文献标志码：A 文章编号：201904-SA003
兰玉彬， 邓小玲， 曾国亮. 无人机农业遥感在农作物病虫草害诊断应用研究进展[J]. 智慧农业， 2019， 1（2）： 1-19.
Lan Y， Deng X， Zeng G. Advances in diagnosis of crop diseases， pests and weeds by UAV remote sensing[J]. Smart Agriculture， 2019， 1（2）： 1-19. （in Chinese with English abstract）
1 精准农业航空概述
农作物病虫草害对农作物的质量和产量都造成了极大影响，造成农业产业巨额损失，是制约现代农业发展的重要因素。据联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）估计，全世界每年由病虫害导致的粮食减产约为总产量的1/4，其中病害造成的损失为14%，虫害造成的损失为10%[1]。中国作为农业大国，农作物种类多、分布广，重要的农作物病虫害达1400多种，具有种类多、影响大和局部暴发成灾等特点。近年来，中国农作物病虫害发生和造成的危害出现加重趋势[2]。而传统的农作物病虫害监测以及防控主要依靠植保工作人员田间取样和调查，具有耗时、费力、效率低下和主观性强等缺点。
未来农业生产趋向于高度区域化、一体化、机械化、精准化以及智能化，近几年迅速发展起来的精准农业航空理念正符合未来农业发展的方向。其基本思想如图1所示：通过空中和地面遥感，采集并解析具有地理位置的农田中的作物长势、病虫草害、生长环境等农情信息，再将农田分为作业网格，依据不同的农情制定不同的作業处方图，并对网格进行按需作业，即精准施药或精准撒播等[3，4]。
如图2所示，精准农业航空系统包含了遥感系统、地理信息系统、精准导航系统、变量喷施系统等。它是一个整体的系统工程，其中遥感系统是其最基本的环节。借助于地理信息系统，对遥感影像进行解析可以生成农作物的作业处方图。在精准导航系统和变量喷施系统的控制下，作业处方图可以用于为作业机械的精准喷施管理提供指导依据，以便农业专家优化作物栽培管理，按需作业、变量喷施，从而提高作物质量和产量，降低生产成本[5]。
对应实施的过程，精准农业航空离不开各种技术与装备的支持。如图3所示，遥感图像获取过程需要遥感图像采集系统的装备支持;农作物病虫草害农情解析过程需要农业专家知识、地面遥感、地面农情调查以及模式识别等技术的支持;农情分布图需要全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）等技术的支持;作业处方图的生成过程需要结合植保无人机施药雾滴漂移沉积规律和植保无人机作业参数、气象条件等技术;在变量/精准施药实施过程中，需要作业平台、精准导航系统与变量施药装置等装备支持，也需要全自主飞行、航线规划、厘米级定位、断点续喷等技术的支撑。
与高空遥感相比，低空遥感具有运行成本低、灵活性高以及获取数据实时快速等特点，在农作物病虫害检测应用领域具有得天独厚的优
势[6]，因此成为了现代精准农业的重点研究方向。无人机农业遥感作为低空遥感的重要组成部分，大大拓宽了农业遥感在农作物监测中的应用范
围[7]。紧凑、轻便、耐用的传感器和设备的快速发展，更促进了无人机农业遥感技术的发展。近年来，无人机农业遥感已成为精准农业航空的重要研究方向。
本研究围绕无人机农业遥感硬件、常见的图像解析方法和农业遥感应用研究三部分展开综述，首先介绍了无人机农业遥感常见的低空遥感影像采集硬件系统;之后介绍了无人机遥感图像常见的处理方法，最后，以无人机遥感监测农作物病虫草害的相关研究成果为主，分析总结了国内外无人机遥感技术在农作物病、虫、草害的研究进展，以期为农业航空遥感领域的研究人员提供相关的技术参考和方向指引，为农学从业人员提供信息化增产丰收的新思路，从而进一步推进精准农业航空技术的应用和发展。
2 无人机农业遥感系统
无人机农业遥感以无人驾驶飞机为探测平台，搭载各种传感器（通常是高清摄像机和成像光谱仪）获取农田图像，通过对数据进行后期处理、挖掘和建模，来获取更详尽的农情信息。
2.1 无人机低空遥感影像采集系统
无人机低空遥感影像采集系统主要由传感器、无人机、地面控制系统、数据处理软件四部分组成。考虑到无人机续航能力和载重量等方面的局限性，所采用的遥感传感器一般具备数字化、存储量大、体积小、重量轻、精度高、性能优异等特点。目前，常用于农作物信息采集的传感器主要有数码相机、多光谱相机、高光谱相机、热成像仪、激光雷达等。
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