农业中的无人机:古巴的一个试点项目
无人机系统(UAS)在许多国家的应用日益普及。在其中一项发展中，无人机系统正迅速成为作物监测和管理的工具，这对粮食安全至关重要。GeoCuba已经成功地测试了用于农业目的的无人机技术。在古巴与俄罗斯公司Uniintex-Ginus合作进行的一个试点项目表明，无人机是一种灵活、低成本的解决方案，但它也暴露出一些局限性。
| 图1，准备飞行的Delta-Photo系统 |
古巴国土面积近11万平方公里，其中近三分之二是耕地。古巴的食糖年产量为500万吨，曾是世界上最大的食糖出口国。如今，它的产量只有全盛时期的三分之一。古巴将粮食安全与可持续性放在一起作为优先事项。该国目前的主要产品包括蔬菜(西红柿、洋葱和辣椒)、根茎作物(土豆、甘薯和芋头)、谷物(水稻和玉米)和香蕉。单个农民的土地面积通常为10至15公顷，而国有或私营农业公司拥有的土地可能覆盖数百公顷。188asia备用网址为了计划最佳的翻耕和播种日期，并检查作物健康状况以及对化肥和水的需求，必须定期检查农田。
传统的方法
传统上，古巴农民通过步行或骑车通过他们的土地来检查土壤和作物状况。前苏联的国际宇宙计划在古巴引进了多光谱模拟照片，允许从上面进行检查。在1980年代末，出现了数字卫星图像，这些图像在计算机的帮助下进行处理和分析。卫星图像一直并仍然被广泛用于规划和监测作物生产和评估产量，因为它结合了高空间分辨率、高时间分辨率和扩大覆盖范围。1990年代初，古巴获得了SPOT、陆地卫星和国家海洋和大气管理局AVHRR图像，从而能够通过多光谱分类方法确定各种关于作物的信息。古巴既没有地球观测卫星，也没有自己的图像接收站，因此必须购买卫星图像;与交货延误有关的一件昂贵的事情。因此，无人机系统似乎是一个受欢迎的替代方案。
“无人飞行系统”
| 图2，手动启动。 |
与卫星图像相比，无人机系统在农业应用方面具有以下预期优势:低成本和数据捕获时间和日期方面的高灵活性，从而实现高时间分辨率。空间分辨率也很高。无人机可以比传统的空中测量更灵活地部署，对天气条件的依赖性更低。虽然无人机覆盖的区域范围有限，但上述原因足以进行目前的测试。无人机使用的是AeroKartaKompleks公司的Delta-Photo系统。该公司为各种民用应用生产uas。Delta-Photo系统的飞机重量为5公斤，由地面控制站(GCS)操纵，并配备GPS/IMU(图1)。该系统配有PhotoScanPro，这是一个在台式计算机上运行的摄影测量软件包。飞机最大飞行时间为80分钟，巡航速度为70公里/小时。机载非测量相机是一个1600万像素的索尼nexx - 5n，在海拔100米的地方提供4.8cm的地面采样距离(GSD)。
网站和飞行
该试验场占地3平方公里Güira de Melena，是一个以农业为主要经济活动的自治市，每年生产近5万吨土豆和芋头。然而，产量低于世界范围内报道的数字。飞行于2013年3月20日进行。为了使用NEVA软件Navigator模块在现场准备飞行计划，将GSD为2.5m的高分辨率SPOT图像上传到GCS作为背景。此外，该软件需要高程数据，无论是从地形图中提取的数字化等高线，还是数字高程模型(DEM)。DEM以Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010 (GMTED2010)的形式上传。此外，飞行计划的编制需要输入UAS类型、平均和最大飞行高度、速度、着陆地点和划分区域边界的多边形。由于该区域相对平坦，因此沿轨重叠率为72%，跨轨重叠率为52%。覆盖该区域所需的图像数量为1192张。飞行计划被无线上传到自动驾驶仪上。 The UAS was launched manually (Figure 2) and piloted remotely. The images were taken automatically at a rate of one image per two seconds. Nine ground controls points (GCPs), well distributed along the border of the area, were measured by RS-20 DGPS with a precision of 1mm.
结果
飞行结束后，图像、GNSS/IMU数据和gcp的坐标被载入PhotoScanPro
| 图3，正规化(顶部)和细节。 |
允许高度自动化地创建地理参考产品，包括3D模型、正射影像和dem。生成上述产品只需要四个计算过程。使用配备英特尔I5处理器和4GB内存的惠普Elitebook，这1192张图片的处理耗时24小时。生成了一个GSD为10cm的正交点(图3)。在图3底部的放大图中，可以清楚地看到同一种作物的颜色和形状的差异;浅绿色表示作物健康。这种健康差异可能是由地形起伏引起的地下水位差异或化肥不均匀施放引起的。这一信息对农民是有价值的警告，使他们可以通过实地检查确定真正的原因。一旦采取了措施，第二次飞行可以检查它们的有效性，并估计产量。
结束语
无人机系统提供了很大的灵活性，以足够的空间分辨率和低成本快速获取数据。然而，uas的使用仅限于小范围。此外，灵活性也有其局限性，因为民用无人机的使用仍受载人飞机相同的规定;必须提前几天申请许可．
确认
感谢UNIINTEC的Yuri Vorobyev, Andrey Smolensk教授，Agisoft的Alexey Pasumansky和Alexey Semenov教授。
1995年5月1日成立的GeoCuba商业集团是古巴两个专门从事水文、大地测量和制图的研究所合并的结果。如今，geoocuba专注于各种与地理相关的活动，包括地形测绘、地籍、海洋研究、导航、遥感和环境研究。GeoCuba IC总部位于哈瓦那，为GeoCuba业务集团提供研发支持。该研究中心还提供地球科学不同领域的高水平教育和培训。
