糧食產量監測無人機調查的實踐與思考

□ 趙 彤 祝曉強

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。無人機應用在農業航測、電力巡邏、交通監控、環境監測、土地巡邏、農業植保、災后救援、視頻拍攝等方面，可以有效提高工作效率，節省人力成本，降低工作風險。近三年來，臺州糧食產量調查監測播種面積調查從傳統的“對戶調查”向“天地空”多方位多角度調查轉變。通過太空的高分遙感影像大數據和北斗衛星定位技術、低空的無人機航拍和地面的PDA 調查，實現“人、車、機”多路協同，建立面向未來的現代農業統計對地抽樣調查體系。

| 無人機調查體系應用試點取得成效

由于臺州屬于“七山一水兩分田”地形，山區和平原差異大。一個樣方內一般有100—200 個地塊，且很多樣方在山區，山高路險，路上時間較長，調查員手持PDA 開展調查需要2—3 個小時。加之存在個別年輕調查員對主要農作物不熟悉導致填錯，或者根據個人經驗估算種植面積不準等情況。因此，“空間遙感測量，野外現場調查”模式對解決樣方內地塊較為破碎、農作物類型復雜的現實問題成效顯著。通過無人機智能調查系統試點，獲取現勢無人機影像，通過無人機影像及野外調查解譯結果為人工智能主要農作物自動識別提供模型訓練素材。

（一）臺州無人機試點歷程

從2020 年開始，國家統計局浙江調查總隊在糧食產量調查中開展無人機調查試點項目，利用大數據、云計算、物聯網等現代信息技術，開展糧食產量無人機智能調查系統的測試，臨海市、玉環市開展無人機智能調查系統試點。2022 年，新增黃巖區、仙居縣、溫嶺市等3 個縣（市、區）開展無人機智能調查試點。通過建立可靠的主要農作物人工智能識別模型，實現自動化農業野外調查，減少農業調查人力投入，提高農業調查工作效率。2023 年，臺州市糧食產量調查監測工作協調小組辦公室下發《關于做好新一輪糧食產量調查監測工作設備采購更新的通知》文件，要求新增縣（市、區）高度重視無人機智能調查工作，做好人員、經費和物資等保障工作。2023年糧食產量調查監測新樣本正式啟用后，全市5 個縣（市、區）共30 個樣方開展無人機智能調查試點工作。

（二）無人機裝備情況

各地強化與地方財政部門溝通，積極爭取設備購置及人員工作經費，現試點縣（市、區）均已配齊無人機設備和手持移動終端，確保無人機智能調查工作高質量完成。臺州隊及時聯系大疆無人機在浙銷售公司，詳細溝通無人機功能及各項飛行參數，根據臺州靠海，且多山、多雨、多云霧等特點，擇優選定大疆經緯M30、御3 等行業版機型，協調指導試點縣（市、區）開展無人機采購。目前全市共有5 臺無人機用于糧食播種面積野外調查，其中2023 年新增大疆無人機3 臺。

（三）農產量調查車應用情況

農產量調查車采用非承載式底盤，實現全時四驅越野型，能夠在各種野外條件下運行。車載設備包括供電系統、導航系統、RPV 采集器、車載電腦工作站系統、車載高清監視器和農作物快速調查設備（無人機系統）。發揮專用平臺在調查運轉、數據采集、數據管理、數據綜合應用等方面的作用。根據國家統計局農村司《關于開展農產量快速實地調查專用平臺綜合應用試點工作的函》要求，浙江調查總隊于2020 年5 月組織開展農產量快速實地調查專用平臺綜合應用試點，以提升農產量調查車的綜合應用能力，實現農產量調查車快速到達調查現場，協同調度使用無人機等車載設備開展現場數據采集、現場數據處理、現場生產成果等綜合應用為目標，滿足農作物面積調查、農產量調查、實割實測、快速調研、救災搶險、突發事件處理、數據質量檢查等工作需要，提升調查能力。

| 臺州實踐，多管齊下

（一）培訓到位，提升業務能力

一是執證上崗。組織轄區內專業人員赴杭州參加無人機行業證（UTC）培訓考試，全員順利通過并取得無人機行業證。二是加強業務學習。詳細講解《2023 年浙江無人機智能調查工作方案》《浙江省無人駕駛航空器公共安全管理規定》、無人機AI 智能識別程序等專業知識，提升能力水平。三是強化應用訓練。圍繞AI 慧飛智能調查系統、無人機設備組裝、調查線路規劃、實際飛行操作，影像拼接、處理與解譯等環節，組織人員赴調查村逐一進行全流程獨立操作，并開展現場互評。四是及時對接調查程序開發公司。將調查系統與無人機匹配度不足等問題及時反饋給系統開發公司，并進行及時修正，確保實際飛行安全，保障數據質量。

（二）實戰飛行，提升執行力

一是對5 個試點縣（市、區）10 個樣本村開展無人機智能調查樣方飛行，通過AI 智能識別程序，對樣方地塊種植地物進行智能作物識別、填報。二是利用無人機開展播種面積調查數據質量檢查。通過對樣本村樣方進行飛行拍攝，認真查找個別出現的底數不清、地物不符、信息不準等問題，并及時處理，為今后糧食產量調查監測工作打好基礎。三是開展法治宣傳。利用業務培訓會、現場走訪檢查和無人機飛行實操等契機，開展現場說法，切實提升法治意識，確保數出有據。

| 存在的困難

（一）智能調查系統與無人機匹配問題

一是系統之間不匹配。因新款無人機與調查系統開發所屬公司不同，存在二者之間參數問題匹配不到位的問題，在野外作業時出現各種各樣的問題，導致工作無法順利開展。使用AI 慧飛進行面積調查時，必須關閉后臺運行的大疆官方飛控程序，否則兩者之間會有沖突導致程序無法正常運行。二是無人機公司接口開放有限制。因為無人機機型更新很快，可能會導致調查系統不能及時更新，無法做到與新機型同步匹配。無人機公司推出新機型，飛控接口只對行業級無人機開放，因此新平臺還存在小部分功能不穩定的問題。三是底圖配準難度大。按照軟件公司提供的配準流程，能夠實現快速配準，但底圖與樣本矢量存在偏移和扭曲，很難達到完全一致的效果，會導致部分航片拼接失敗。

（二）飛行面臨較多安全問題

一是地形復雜。無人機飛行中安全問題是重點，因各種原因都可能導致無人機出現飛行安全問題。比如空中各種高壓電線和變壓器、起降區域人員密集度、空中飛鳥等都會對飛行任務造成影響，因此每次飛行要做好飛行區域安全評估。二是過保無人機無法保障安全。目前大疆無人機“隨心換”只能保險2 年，“隨心換”只保障正常使用和操作大疆飛行器過程中因意外原因導致的損失，2 年內可以享受3次置換服務。每臺大疆產品僅可綁定一次“隨心換”服務，但“隨心換”贈送的第三者責任險總保額較低且固定不能修改。三是無證駕駛對飛行存在安全隱患。根據國務院、中央軍委公布《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》規定：“真高120米以上空域，空中禁區、空中限制區以及周邊空域，軍用航空超低空飛行空域，以及下列區域上方的空域應當劃設為管制空域”“操控輕型民用無人駕駛航空器在無人駕駛航空器管制空域內飛行的人員，應當具有完全民事行為能力，并按照國務院民用航空主管部門的規定經培訓合格”。目前采購的無人駕駛航空器空機重量不超過4 千克且最大起飛重量不超過7 千克，根據條例要求，在管制空域時需要持證進行飛行。加上全市調查樣方中會涉及條例規定的管制空域，如沒有無人機飛行執照，外出飛行會存在違規風險。

（三）車載設備與農業調查業務需求不適配

一是無法實時獲取衛星影像大數據。由于糧食產量調查需要的是現勢影像和往期歷史影像，而農產量調查車只能實現本地數據處理和樣本村樣方的無人機影像采集，無法實時獲取大范圍現勢衛星影像大數據，導致應用范圍受限。二是無法實時獲取長勢監測情況?，F在樣本村主要農作物依靠實割實測來評測長勢成果，而車載設備中沒有估產設備來進行實時長勢監測，無法通過苗情監測來提高糧食生產預警能力。三是通訊網絡受限。不少樣本村位于荒山野嶺，手機和網絡沒有信號或信號很弱，由于沒有車載信號增強器，無法實現數據實時上傳。如后期出現航片拼接失敗，只能再赴現場重飛。

| 對策建議

（一）消除安全隱患，保障飛行安全

一是執證上崗。合法從事無人機的飛行和業務，就需要考取民航局云執照、大疆UTC 技能證書等，保障調查隊系統守法飛行的良好形象。二是采購機損險和第三者責任險。針對目前無人機所存在的安全隱患，以及大疆無人機“隨心換”只能保險2 年的情況，建議統一采購無人機機損險和第三者責任險，由總隊牽頭，各市縣局隊協同，統一簽訂采購合同，方便2 年后無人機的保養和維護，以應對無人機售后風險隱患和承保操作無人機時發生的對第三者人員及財物造成的傷害或損失。三是增強野外通訊信號。配備車載信號增強器，解決手機和網絡在荒山野嶺沒有信號或信號很弱問題，實現數據實時上傳，快速拼接航片。

（二）配備移動衛星地面站，多管齊下解決影像來源

農產量調查車配備移動衛星地面站，實現對高分系列衛星影像大數據的實時通信，為現場獲取實時影像大數據。無人機系統通過搭載低成本多光譜傳感器，達到現在只有衛星才能實現的多光譜成像，開展長勢監測并計算植被指數。針對不同農作物在不同生育期間光譜反射率曲線進行植被判別，采用深度學習算法可以對農作物類型進行較為精準識別，提取農作物類別和種植面積。充分應用遙感技術和航測技術對糧食主產區主要農作物進行遙感測量，測量時空分布大數據，通過兩種影像源實現現場態勢感知，讓農產量調查車由采集平臺向大數據分析平臺轉化，為搞準糧食播種面積提供客觀決策依據。

（三）立足車載平臺，打造遙感監測平臺

將星載平臺、無人機平臺、車載平臺、現場監測平臺通過無線技術實現云框架系統整合，將大數據的多維度、平臺的多樣性、計算的高速性，實現空天地定位，遙感時空耦合和數據同化，并對樣本村主要農作物配備基于物聯網的作物監測系統，進行實時長勢監測，通過葉面積指數來反映長勢情況、耕地墑情和災害監測，為搞準農作物產量預測提供客觀決策依據。