多用途无人机采集与分析多源玉米表型影像数据操作指南

1. 声明：本指南旨在帮助和指导多用途无人飞机采集与分析多源玉米表型影像数据时操作更加科学、规范、高效，确保田间航拍的同时兼顾作业人员安全、环境安全等，不对任何个人、机构或组织产生法律责任。

 

2. 联合发布单位：极目（海南）智能育种装备有限公司，中国农业大学三亚研究院

 

3. 引言和目的：玉米株型、产量等复杂性状的研究离不开表型精准鉴定，然而，传统估计方法严重依赖于地面实地调查，耗时耗力，成本高，而且容易对作物进行不良评估。无人机和传感器小型化方面的最新技术进步满足了当前对精准农业，特别是高通量植物表型分析的爆炸性需求，但目前主要依赖于单传感器数据，未能有效利用多模态作物信息。本操作指南包含多用途无人机采集前、采集中、采集后的操作步骤和注意事项，以指导作业人员在操作多用途无人飞机采集与分析多源玉米表型影像数据时更加科学、规范、高效。

4. 操作指南：

4.1. 采集前

4.1.1. 确定采集时期：大田玉米整个生长期，飞行时间范围在10:00~14:00晴朗无云的天气条件下；

4.1.2. 调试检查无人机设备，检查作业用具（具体参考附表1）；

4.1.3. 实地规划航线，确定无人机飞行参数（具体参考附表2）

4.1.4. 观察作业区周边环境，包括是否有障碍物或临近敏感作物（注意做好航线规划，避免无人机碰到树枝或天线导致坠机等情况的发生）；

4.1.5. 作业前应测量风向和风速，记录并判断作业期间的天气是否适合无人机作业（3米/秒以下适合作业，3~5米/秒停止、观察）。在大风天气（大于5米/秒）、大雨或霜冻前不适宜作业。避免高温作业，适宜温度为15~30℃，不宜超过38℃。

4.2. 采集中

4.2.1. 注意周围人员安全，作业人员应与无人飞机保持10米以上安全距离；

4.2.2. 确认作业人员使用安全防护装备；

4.2.3. 飞手视线应高于玉米，以便观察飞机的作业状态；

4.2.4. 操作无人机飞至辐射校正板正上方1.4m处拍摄4~5组图像用于多光谱相机的辐射校正；

4.2.5. 确定RTK信号强度，根据已设置的参数操作无人机按照规划的航线自动进行航拍，飞行过程注意耗电，根据情况及时更换电池；

4.2.6. 作业过程中如遇下雨时，应停止作业并将无人机返回起降点并及时回收校正板，当天气情况符合要求后再进行作业；

4.2.7. 无人机完成航拍任务后，重复4.2.1操作采集校正板图像

4.3. 采集后

4.3.1. 拆卸无人机零件并装箱，检查用电情况，回收辐射校正板；

4.3.2. 导出飞行器SD卡的图像数据；

4.3.3. 将多光谱和可见光图像数据导入摄影测量软件Pix4Dmapper中并加载一批辐射校正图像，用于正射校正和拼接，以创建捕获区域的单个图像；

4.3.4. 根据拼接的光谱影像，提取适合描述玉米营养状态和产量等的各类优化植被指数，如归一化植被指数（NDVI）；差异植被指数（DVI）；绿色归一化植被指数（GNDVI）；红差植被指数（RDVI）；植被指数比率（RVI）；增强植被指数（EVI），对生物量更敏感；土壤调节植被指数（SAVI）等，生成对应的植被指数图像；

4.3.5. 在利用植被指数对营养状态、生长状态正确表征的基础上，与高精度GIS结合利用Pix4Dfields建立施肥/施药作业处方图，进而实现精准变量施肥/药。

 

附表1：作业用具匹配表

用具

电池，SD卡，数据线，辐射校正板，手套，刷子，插排…

 

附表2：无人机采集和分析影像数据参数（例子）

采集时期		参见4.1.1
采集对象		大田玉米
辐射校正板		4块 （反射率分别为：95%、75%、50%、25%）
数据处理软件		Pix4D mapper、Pix4Dfields
飞行参数	飞行高度	15m
	地面分辨率	0.793cm/px
	空三覆盖面积	0.003638km2