精细农业田间信息采集关键技术的研究进展

快速、有效地采集和描述影响作物生长的田间信息,是开展精细农业实践的重要基础.随着现代信息技术的不断发展,田间信息采集技术也在快速发展和不断更新.阐述了GPS定位技术、传感技术、多传感信息融合技术、无线通讯技术等在田间定位信息、土壤属性信息、作物生长信息、环境信息和作物产量信息获取中应用的研究现状,指出现有采集技术存在的优缺点,并提出开发集各种先进技术为一体.低成本、多通道、高精度、定位快速的动态农田信息数字化智能测量装备是今后田间信息采集技术的研究方向.     

无人机遥感技术在精量灌溉中应用的研究进展

以提高农业用水效率为目标的精量灌溉是未来农业灌溉的主要模式,精量灌溉的前提条件是对作物缺水的精准诊断和科学的灌溉决策。用于作物缺水诊断和灌溉决策定量指标的信息获取技术主要基于田间定点监测、地面车载移动监测及卫星遥感。无人机从根本上解决了卫星遥感由于时空分辨率低而导致的瞬时拓延、空间尺度转换、遥感参数与模型参数定量对应等技术难题,也克服了地面监测效率低、成本高、影响田间作业等问题。近几年的研究结果表明,无人机遥感系统可以高通量地获取多个地块的高时空分辨率图像,使精准分析农业气象条件、土壤条件、作物表型等参数的空间变异性及其相互关系成为可能,为大面积农田范围内快速感知作物缺水空间变异性提供了新手段,在精量灌溉技术应用中具有明显的优势和广阔的前景。无人机遥感系统已经应用在作物覆盖度、株高、倒伏面积、生物量、叶面积指数、冠层温度等农情信息的监测方面,但在作物缺水诊断和灌溉决策定量指标监测方面的研究才刚刚起步,目前主要集中在作物水分胁迫指数(CWSI)、作物系数、冠层结构相关指数、土壤含水率、叶黄素相关指数(PRI)等参数估算的研究,有些指标已经成功应用于监测多种作物的水分胁迫状况,但对于大多数作物和指标,模型的普适性还有待进一步研究。给出了无人机遥感在精准灌溉技术中应用的技术体系,并指出,为满足不同尺度的高效率监测和实现农业用水精准动态管理的需求,今后无人机遥感需要结合卫星遥感和地面监测系统,其中天空地一体化农业水信息监测网络优化布局方法与智能组网技术、多源信息时空融合与同化技术、作物缺水多指标综合诊断模型、农业灌溉大数据等将是未来重点研究内容。     

农业遥感研究现状与展望

遥感技术具有覆盖面积大、重访周期短、获取成本相对低等优势,对大面积露天农业生产的调查、评价、监测和管理具有独特的作用。从20世纪70年代出现民用资源卫星后,农业成为遥感技术最先投入应用和收益显著的领域。特别是随着高空间、高光谱和高时间分辨率遥感数据的出现,农业遥感技术在长时间序列作物长势动态监测、农作物种类细分、田间精细农业信息获取等关键技术方面得到了突破。但是农业生产的分散性、时空变异性等特点,对当前农业遥感技术的应用还存在诸多挑战。本文简要回顾了农业遥感发展历程以及其应用的理论基础;再从农作物估产、农业资源调查、农业灾害监测和精准农业管理4个领域阐述了国内外相关研究和应用情况。最后提出农业遥感应加强与地面农业观测网技术的结合,推动新一代低空无人机遥感平台的发展,强化多源传感器融合以及农业过程模型与遥感数据同化的研究。     

数字农业田间信息获取技术研究现状和发展趋势

对土壤水分与养分的测量方法、作物长势及其背景的监测、营养状况监测、作物冠层监测、作物病虫害诊断、杂草识别等田间信息获取技术在数字农业中的开发、应用现状以及发展概况做了简要综述,并指出将遥感技术和光谱技术结合应用是我国实现田间信息获取技术的关键.     

作物病虫害遥感监测研究进展与展望

病虫害是农业生产过程中影响粮食产量和质量的重要生物灾害。目前,我国的作物病虫害监测方式以点状的地面调查为主,无法大面积、快速获取作物病虫害发生状况和空间分布信息,难以满足作物病虫害的大尺度科学监测和防控的需求。近年来,随着国内外卫星光谱、时间和空间分辨率的不断提升,利用遥感手段开展高效、无损的病虫害监测成为有效提升我国病虫害测报水平的重要手段。与此同时,多平台、多种方式的作物病虫害遥感监测也为病虫害的有效防治和管理提供了重要科技支撑。本文从作物病虫害光谱特征、遥感监测方法和遥感监测系统等方面阐述了作物病虫害遥感监测研究的进展,分析了当前面临的挑战,并对未来发展趋势进行了展望。     

精准农业的信息获取技术

介绍了田间信息采集技术的研究概况以及在精准农业生产和农机工程中的应用。对全球定位系统GPS，遥感系统RS、联合收割机测产系统、土壤养分测量和杂草自动识别技术在精准农业体系中作为信息获取手段的研究，开发与应用情况进行了综述，并指出应用近、中红外分析技术进行土壤养分快速测量的方法将是我国土壤数字化研究的新的途径之一。     

基于ZigBee和TCP/IP的盐碱地田间监控系统研究

为实现现代信息技术在盐碱地良性管理领域的技术应用,解决当前盐碱地管理中缺乏监测数据、无法有效进行改良效果评估的问题,设计了田间智能化信息化采集与控制系统,实现了暗管水质信息监测、田间气候监测、病虫害监测、作物长势监测和自动灌溉控制,构建了用于田间数据传输的ZigBee无线传感器网络,并依据山东东营农业高新技术园区的区域特点,综合考虑信号传输的鲁棒性和时效性,提出了ZigBee网络节点部署的全局优化方案。同时,应用TCP/IP协议,设计了盐碱地综合治理信息采集软件和远程信息云服务平台,实现了盐碱地资源的全方位信息监测。试验表明,系统能够满足盐碱地信息监测和田间灌溉水肥一体化自动控制的功能需求,且所设计网络数据传输的综合丢包率低于1%。     

农业图像监测技术的应用与展望

随着农业信息技术的发展,农业生产的智能化与科学化受到越来越多的重视,其中通过智能化监测设备获取作物生长信息已成为主要发展方向。因此,学习和掌握不同监测设备的技术特点对获取农业信息是十分重要。本文分别介绍红外热成像技术和数码图像技术在农业上的应用,其中较为详细的阐述红外热成像技术在农作物生长长势、病虫害防治、品质的无损检测和农业生产自动化等方面的应用,分析总结两种成像技术在实际应用中的利弊,并进行讨论和展望,以期为智能监测设备的选择与应用提供依据。     

农田信息快速采集处理系统的开发与应用-基于袖珍计算机

为了解决精细农业中空间信息的快速获取与分析处理问题,提出并实现了基于袖珍计算机的农田信息采集处理系统。作为一种实时系统,该系统可结合全球定位系统和各种传感器,快速地测量和分析农田信息,为精细农业田间信息快速采集提供了高效的技术和手段。     

农作物遥感识别与单产估算研究综述

遥感凭借其快速、宏观、无损及客观等特点,在快速获取与解析作物类型、种植面积、产量等信息方面具有独特优势。遥感提取和解译的作物空间分布图、种植面积、产量信息可以服务于农业资源监管、农业信息普查、农业保险、农业投资、精准农业等方面。本文分别就农作物遥感识别与农作物单产遥感估算的研究现状、面临的问题、潜在研究方向进行了总结概述。首先总结了农作物遥感识别特征与分类模型的研究现状,针对遥感识别特征与作物类型缺乏知识关联的核心问题,提出利用深度学习方法协同学习作物生长过程中的“时-空-谱”特征,并构建面向农作物遥感识别的知识图谱,从而解决当前农作物遥感识别在识别精度和识别效率方面的问题。然后,分别从经验统计模型、遥感光合模型、作物生长模型方面对当前作物单产遥感估算进行分析总结,提出随着高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率数据的普及和深度学习技术发展,未来应充分利用作物生长模型机理性强、深度学习对复杂问题建模能力强的特点,使用作物生长模型进行点位尺度模拟以驱动深度学习完成复杂场景下的建模学习,最终实现以机理做约束、以深度学习做空间外推的单产估算模式。     

无人机农业遥感在农作物病虫草害诊断应用研究进展

农田作物信息的快速获取与解析是开展精准农业实践的前提和基础。根据农作物病虫草害的实际程度进行变量喷施和作业管理,可减少农业生产成本、优化作物栽培、提高农作物产量和品质,从而实现农业精准管理。近年来,随着无人机产业的快速发展,无人机农业遥感技术因其空间分辨率高、时效性强和成本低等特点,在农作物病虫草害监测应用中发挥了重要作用。本文首先介绍了精准农业航空的基本思想与系统组成和无人机遥感在精准农业航空的地位。接着探讨了无人机农业遥感系统常见的成像方式和遥感影像解析方法,并阐述了国内外无人机农业遥感技术在农作物病虫草害检测研究的最新进展。最后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。     

无人机遥感监测作物病虫害胁迫方法与最新研究进展

病虫害是作物生产面临的主要胁迫之一.近年来,随着无人机产业的快速发展,无人机农业遥感因其图像空间分辨率高、数据获取时效性强和成本低等特点,在作物病虫害胁迫监测应用中发挥了重要作用.本文首先介绍了利用无人机遥感监测作物病虫害胁迫的相关背景;其次对目前无人机遥感监测作物病虫害胁迫中的常用方法进行了概述,主要探讨无人机遥感监...     

专题导读——农业遥感与表型获取分析

        遥感技术已在农业领域较为广泛成功地应用。农业遥感在作物长势监测、灾害监测、作物产量和品质估测、对象的识别和信息提取等方面有重要的意义。与此同时，高通量表型信息获取以及图像处理、表型信息分析技术的提高，促进了表型组学的发展，推动了农业的跨越式发展。为集中报道国内外在农业遥感和表型获取分析领域取得的进展，《智慧农业（中英文）》期刊在本期出版“农业遥感与表型信息获取分析”专题。此专题共包括10篇论文，其中2篇综述性论文，8篇研究性论文，作者来自于中国、美国、英国、法国等4个国家。论文聚焦农业遥感与表型领域的机载成像系统应用、遥感监测、农学参量反演、表型检测识别、深度学习等热点话题。     

农业遥感卫星发展现状及我国监测需求分析

中国现代农业的发展以及乡村振兴战略的实施需要大量及时有效的农业环境、生产条件、状态及过程信息。基于农业内在的特点,卫星遥感是农业信息快速准确获取的关键技术手段之一。发达国家可用于农业应用的遥感卫星已经形成星座或体系进行联合观测,具有较高的观测时间分辨率,卫星遥感器载荷设计较为充分地考虑了农业应用的需求,观测手段不断创新、观测性能不断提高。目前,我国农业遥感卫星应用还存在很多问题,例如传感器多光谱遥感为主、观测要素缺乏,受遥感传感器性能和遥感卫星地面应用系统能力不足制约,缺少光学与微波等多手段同时相协同观测能力、遥感数据保障率和质量有待提高等,遥感监测手段与国外先进水平存在一定差距。从国内农业生产常规监测、国外农业生产常规监测、重大农业政策执行情况监测和绘制重要农业资源图四个方面全面分析了中国当前遥感卫星业务需求,并考虑未来发展深入分析了农业对遥感卫星应用装备的需求。建议构建编队顺序飞行的,具备多光谱、高光谱、红外以及微波等多种手段的农业卫星星座系统,有效提高多源数据融合精度,综合提供不同波段、不同极化、主动被动、光学微波相互融合的多尺度卫星遥感数据及产品,促进农业遥感技术的快速发展,推动“天空地”数字农业的一体化发展。最后,提出了立足于用户需求,建立中国民用遥感领域农业综合观测卫星系统采用“分步走”战略建议。     

轮式田间信息采集机器人开发与控制系统设计

随着农业现代化的快速发展,农业基础设施建设不断完善,精确农业的发展理念得以进一步实施.农业机械化发展不仅需要机械技术的不断进步,还需要对生产环境相关信息进行精确把控,从而提升农业生产的科学性.现阶段,我国农业生产对田间信息采集与应用的重视程度仍不足,导致农业生产仍处于粗放型阶段.针对这一问题,从现阶段田间信息采集技术出...     

无人机遥感在饲草作物生长监测中的应用研究进展

饲草作物生长的动态监测与定量估算对于饲草规模化生产具有重要意义。无人机遥感分辨率高、灵活性强、成本低,近年来在饲草作物生长监测领域发展迅速,应用场景不断拓展。为了掌握无人机在饲草监测的国内外应用现状,确定重点发展方向,本文首先从数据获取、数据处理和饲草作物生长监测关键技术三个方面简述了无人机遥感在饲草作物监测中的基本研究方法。其次按照传感器类型从可见光、多光谱、高光谱、热红外和激光雷达遥感五个方面阐述了无人机遥感饲草作物生长监测的应用现状。最后针对研究应用中尚未解决的关键技术问题展望了未来的发展方向,提出融合饲草作物时空尺度数据和多源遥感数据、进一步拓展数据获取手段、研发智能化数据分析综合平台是未来饲草作物监测领域应用创新的关键所在。     

智能传感器在农业机械电气控制领域的应用与发展

智慧农业、智能农机已成为我国现阶段农业发展的主流趋势,农业智能传感监测技术是实现这一目标的核心技术。传感器作为一种监测感知特定物体状态信息的设备,其主要工作原理是将监测到的物理信息转换成为更易读取的数字信号或其他种类的电子信号,因其具有较高的反应速度、测量精度等特点,传感器已被广泛应用到众多领域。农业机械对于传感器技术的相关应用主要包括农用姿态监测传感器、视觉识别传感器和物料感知传感器等。该文通过分析研究智能传感器在农业机械电气控制的主要应用现状,阐述了国内外关于利用传感器技术进行农机作业状态监测、作物生长信息采集以及农机自动控制等研究的丰富成果,分析了智能传感器在农业机械应用过程中仍存在的部分问题,最后对智能传感器在农业机械电气控制领域的未来发展进行了详细的展望。     

作物长势监测仪数据采集与分析系统设计及应用

针对中小农场对作物长势快速监测与精确诊断的需求,本研究设计了作物长势监测仪（CropSense）数据采集与分析系统,该系统实现了数据采集、处理、分析和管理的一体化集成。系统通过蓝牙技术连接智能手机和作物长势监测仪获取作物采样数据,经服务器中内置光谱模型计算得到地块的作物生长参数分布专题图。依据地块预期产量指标,可提供可视化的专家决策处方。用户只需点击一次按钮,即可实时获取田间作物的监测诊断信息和专业的田间管理指导方案。目前系统已在多个研究机构实验农场试用,其中在小汤山基地的应用示例结果显示：在玉米大喇叭口期使用该系统进行作物诊断和指导施肥,比传统的施肥方案减少约16.67%施肥量。该系统具有采集分析数据高效便利、推荐施肥方案优化合理等特点,在中国家庭农场快速增长的背景下,具有广阔的应用前景。     

基于多源遥感数据的夏玉米冠层氮素遥感监测研究

氮素是玉米生长发育过程中必不可少的关键性因素,能够直接影响到玉米作物的生长情况。过去传统的玉米种植信息采集工作大多由人工作业完成,在实际工作中具有费时费力的缺点,难以大范围快速开展,且人工采集的信息数据质量无法得到有效保障,还会对玉米田地造成一定程度的影响和破坏。随着现代化技术的快速发展,无人机和计算机等技术的普及应用促使农业监测方法日新月异。基于此,笔者以实际案例为例并进行深入分析,探究多源遥感技术在夏玉米冠层氮素监测中的应用情况。结果表明,多源遥感技术在实际应用中能够实现高效精准的空间数据监测,实现了多角度的信息采集分析。本研究具有良好的发展前景,能够为其他农业监测研究提供参考。     

农业遥感研究与应用进展

农业是遥感技术应用最重要和广泛的领域之一,本文回顾了遥感技术在国内外农业研究与应用中的进展,概括和总结了农田辐射传输机理及作物参量遥感反演、作物遥感分类与识别、农田养分遥感与变量施肥决策、作物产量与品质预测、农情遥感监测与预报、农业遥感监测空间决策支持系统6个主要研究与应用方面。在此基础上,针对农业遥感技术面临的问题与发展趋势,指出了农业遥感技术今后的重点发展方向。