5、精准农业中的空中机器人：通过无人机进行杂草检测

精准农业中的空中机器人：通过无人机进行杂草检测

1. 卫星与无人机在杂草检测中的应用

在精准农业的杂草检测和大面积监测方面，卫星和无人机是两种很有前景的解决方案。

卫星在选择离地高度时，通常需要在视场（FOV）和地面采样距离（GSD）之间进行权衡。GSD 指相机单个像素对应的地面距离，它也等于高度比（H）与相机焦距（f）的比值，单位为厘米/像素，会因传感器和相机高度的不同而变化。卫星的 GSD 通常为数十或数百米/像素，每次轨道运行约 90 分钟，可捕获数千平方公里的区域，卫星图像的最佳分辨率可达 30 厘米/像素。

典型的固定翼无人机配备多光谱相机，GSD 为几厘米时，每次飞行可捕获数十平方公里；GSD 为亚厘米级时，每次飞行可覆盖达 1 平方公里。对于杂草分类、植被指数计算和作物病害识别等农业任务，GSD 很关键。卫星图像能有效识别猪草灌丛，但对于单株植物的识别，其 GSD 不够。猪草生长迅速，40 天内可长到 1.7 米，还能快速传播数千颗种子，错过单株猪草可能导致杂草扩散，因此猪草检测也需要高 GSD。

与卫星相比，无人机的另一个重要优势是具有高时间分辨率。卫星通常保持太阳同步或极地轨道进行地球观测，同一地面位置会在特定当地时间定期被重访，只有分布在不同轨道的卫星星座才能解决卫星在任意当地时间捕获同一位置的问题，且卫星监测可能会因多云天气而受阻。而无人机可按需在任意当地时间、沿任意轨迹在同一区域执行任务，即使在多云条件下也能进行。由于猪草生长迅速，这对于其检测是一个重要因素，太空图像可能会错过其花期。

2. 空中机器人系统

2.1 无人机

目前先进的无人机在执行任务时依靠绝对坐标系统获