随着科技的发展,传感器的搭载平台从传统的卫星、飞机到无人机,传感器的空间分辨率和光谱分辨率都有了较大幅度的提高,空间分辨率从亚米级到数十公里光谱分辨率由几个波段到数百个波段。而且,在遥感技术发展的数十年时间里积累了大量不同时期的遥感数据,面对如此丰富的数据源使林业研究和生产在空间和时间尺度上有了更多的选择。
要实现高逼格的操作,传感器功不可没。目前无人机可以搭载的传感器设备主要有:
1、激光雷达
激光雷达的主要发展趋势是轻量化,低成本化,从3年前的40kg降到现在的2.5kg。其优点是绝对精度高,细节呈现质量高。雷达遥感可以利用微波成像不受天气影响,可以全天时,全天候对地物大面积成像,可以很好地反映地物结构信息。缺点则是没有地理位置信息没有色彩信息。
DJIM600已经搭载激光雷达
激光测绘效果图
2.可见光
可见光采集系统又包括正摄和倾斜摄影。
利用无人机搭载可见光相机,也就是一般的数码及单反相机来获取测绘数据。这种测绘通常被大家熟知的就是一些正射影像图,大多用在国土调查、导航地图更新、水土流失监测、林业调查等领域。其中能获取的数据有一些空间信息、等高线等等。
高程图
在正射影像技术之后,又出现了倾斜摄影测量。倾斜摄影测量技术以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性,为真实效果和测绘级精度提供保证。目前,国内外已广泛开展倾斜摄影测量技术的应用,倾斜摄影建模数据也逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。
倾斜摄影的好处就比较多了,首先成本低,不需要专门设备普通家用照相机也能得到精度很高的地图(厘米级),其原理就是基于三角定位,从不同方向拍摄多张照片进行分析,当然对软件的能力和计算能力要求很高,但随着发展这两点不断进步,倾斜摄影正在成为主流测试手段。
倾斜摄影的设备:5个SONYQX1绑在一起。
3.多光谱
通过近红外相机或者多光谱相机获取遥感数据(eBeeSQ助力精准农业发展),带来了一个行业的全新变革。随着精准农业步伐的加快,遥感代表着农用无人机的另一个广阔未来。
另外提一下非测绘范畴的应用:用于野生动物监测的热红外传感器。红外热像仪是一种可探测目标的红外辐射,并通过光电转换、电信号处理等手段将目标物理的温度分布图像转换为视频图像的设备。红外热像仪本身并不发射红外,它只是被动的从被测物体向外界发出的辐射能量来得到物体对应的温度。
无人机搭载的热红外传感器拍摄野生动物
那么无人机遥感可以为农林业提供哪些解决方案呢?
监测病虫害
利用遥感监测技术跟追病虫害进展情况,有利于展开精准治理工作,做到及时发现、及时处理,也有利于早期防治。
(无人机监测麦田锈病情况)
在美国、澳大利亚等地,用无人机遥感监测并不罕见。比如,美国有种植户用无人机监测的麦田锈病情况,从中可以明显看出哪里是重灾区。也有人用无人机查看苜蓿地里的菟丝子,从而能在灾害大规模爆发前做到提早预防。
统计分析植株数量和成苗率
无人机遥感测绘的另一个用途是统计植株数量。相比于耗时且只能抽样调查的手动计数,无人机统计更加全面,准确性更高。
(利用无人机技术分析植株成苗情况)
据报道,2016年6月,基于云计算的无人机软件和制图解决方案供应商DroneDeploy、农业合作分析公司Aglytix和农业技术公司AgriSens合作,为农作物提供生长分析工具,通过农作物数量统计、农作物占地面积来分析当前农作物是否为最佳生长距离。
除此之外,用户也可以借助无人机遥感测绘的硬件和软件技术,分析新栽培植株的成苗率,以确定重新栽种方案。
分析土壤属性
土壤、作物等地物固有的反射光谱特性是农业遥感的基础。可以被用来进行作物长势、作物品质、作物病虫害等方面的监测。
(无人机技术和土壤取样技术结合,分析土壤属性)
将无人机遥感测绘的归一化植被指数(NDVI)图与土壤取样分析相结合,从而生成土壤营养元素图。这种将二者结合的方法,相较于原来的只靠土壤取样分析法(每两英亩取一个样本)更加详细和精准。
自然灾害后作物受损评估
植被的整个生长发育过程与气象息息相关,气候变化和灾害性天气是直接影响植被生长,不可避免的自然灾害发生后,遥感技术可以用于评估暴风雨和冷冻灾害后受损情况。
(暴风雨灾害后作物受灾情况)
无人机服务公司利用无人机技术生成灾后评估报告,详细标出了轻微受损区、中度受损和重度受损区,并且计算出了各自面积和所占比例,让农户可以直观了解灾后损失情况。
总览地形概况,及时调整水土保持策略
(梯田二维图(左)和梯田高程图(右))
利用遥感技术生成的高分辨率影像对水土保持进行检测,有利于提取更详尽的水土保持措施。利用无人机生成高程图可以直观看到梯田的整体布局,便于梯田管理者随挖随填,及时整改阶地和排水系统。
此外,遥感技术经过数十年的发展,也被广泛运用到森林资源调查、森林调查因子估测、森林资源动态监测,森林灾害监测等工作中,在工作的过程中,针对不同的应用方向也在不断地开发相应的遥感专题应用系统。
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