無人機遙感技術憑借其高空作業能力、高分辨率成像以及快速數據處理等特點，成為農田水利監測中不可或缺的重要工具。在農田水利監測中，無人機遙感技術被用于土壤墑情監測、灌溉系統評估、作物生長狀況跟蹤以及洪澇災害預警等多個方面。通過搭載多光譜、熱紅外、LiDAR等傳感器，無人機能夠實時獲取農田的土壤水分含量、鹽分分布、植被指數、作物水分脅迫程度以及地形地貌等關鍵信息，為農田水利管理提供了詳實的數據支持。該文闡述了無人機遙感技術的原理及其在農田水利監測中的應用基礎，探討了無人機遙感技術在農田水利監測中的具體應用方法，為精準農業和農田水利發展提供了理論基礎和技術支持。

中國農田灌溉用水占比超 60%，但效率僅為國際水平的60%～70%，節水空間巨大。傳統監測手段如地面站、衛星遙感雖有用，但地面站覆蓋范圍小、受地形氣候限制，衛星則受云層遮擋、數據更新慢、分辨率低，難以滿足精細管理需求。無人機遙感技術（UAV-RS）憑借其高時空分辨率、高靈活性、低成本等特性，在農田水利監測應用中具有巨大潛力。它能實時獲取土壤水分、作物生長、灌溉設施等多維信息，為精準灌溉、資源優化提供支持，提高監測精度效率，降低成本，精確計算需水量，優化灌溉計劃，實時監測設施，提升系統穩定性和可靠性。

1 無人機遙感技術

1.1  無人機遙感系統組成和工作原理

無人機遙感系統主要由無人機平臺、傳感器套件、數據傳輸與處理系統、導航與控制系統以及地面控制站等部分組成。無人機根據農田監測需求選型，搭載傳感器在空中作業。傳感器可實時捕捉農田光譜、影像及溫度信息，并通過無線傳輸至地面站或機載存儲設備。地面站用于規劃任務、監控狀態、接收數據，并利用軟件預處理、校準、拼接數據，生成遙感圖像。導航系統用于確保無人機穩定飛行，控制系統調整飛行姿態。最終，處理后的數據用于分析農田作物生長、土壤水分及灌溉需求，指導農田水利管理，優化灌溉、施肥策略，并反饋給農戶和相關部門，提升管理效率。

1.2  常用的遙感傳感器類型及其特性分析

遙感技術中，常用的傳感器主要包括多光譜成像儀、高光譜成像系統以及熱紅外成像儀。多光譜成像儀設計有 3 至 10 個特定的光譜波段，這些波段能夠捕獲植被、水體及土壤的關鍵光譜特征，為地表監測提供基礎數據。相比之下，高光譜成像系統則具備數十乃至數百個緊密相連的窄光譜波段，能夠捕捉到更為細膩的光譜細節，這對于精準辨別地表物體的特性及其狀態至關重要。至于熱紅外成像儀，則是通過捕捉地表物體釋放的熱輻射測定地表溫度，這一功能在監測作物水分壓力及土壤濕度變化方面扮演著重要角色。以上傳感器的特性見表 1。

1.3  無人機遙感數據獲取和預處理流程

數據獲取階段，根據監測目標、區域及飛行高度規劃航線、航點、速度參數，確保合規并申請飛行許可。檢查無人機及傳感器狀態，校準傳感器并確保電池電量充足。按預設航線自動或手動飛行，實時監控無人機狀態，采集圖像、視頻等數據。確保傳感器記錄的遙感數據完整、清晰，無損壞或缺失。將原始數據導入處理軟件，轉換格式。拼接多張圖像生成完整區域影像，按研究需求裁剪以減少冗余數據。通過定標和大氣校正消除傳感器誤差及環境影響；配準圖像并轉換投影，消除視角畸變和地球曲率影響。驗證數據準確性，檢查清晰度、色彩一致性和幾何精度。

2 無人機遙感技術在農田水利監測中的應用

2.1 灌溉系統評估

在灌溉系統評估中，無人機遙感技術通過采集高分辨率多光譜影像和熱紅外數據，可量化分析灌溉均勻性及效率差異。多光譜影像通過解析植被指數的空間異質性，精準定位灌溉不足或水分過剩區域；熱紅外數據則依據地表溫度異常，檢測管道滲漏點（溫差0.5～3℃）并揭示土壤水分分布不均現象。結合 GIS 平臺，這些數據可生成灌溉效率熱力圖，直觀展示區域水資源利用差異，為灌溉設施改造和精準調控提供科學依據。

2.2 作物用水監測

在作物用水監測中，無人機遙感技術通過多時相植被指數的動態追蹤，能夠量化評估作物蒸散發規律與水分需求變化。同時，基于熱紅外傳感器對冠層溫度的實時監測，結合氣溫、濕度等氣象參數，可精準計算作物水分脅迫指數（CWSI），揭示作物生理性缺水程度。研究表明，作物不同生育期的 CWSI閾值存在顯著差異，其數值變化可直接反映植株水分盈缺狀態（表 2），從而為分階段精準灌溉提供科學依據。

2.3 土壤墑情監測

在土壤墑情監測中，無人機遙感技術依托多光譜與熱紅外傳感器協同觀測，實現土壤水分的高效估算。多光譜數據通過構建土壤反射光譜特征與含水量的定量反演模型，可對農田全域土壤墑情進行非接觸式動態監測；熱紅外技術則基于土壤熱慣量原理，通過晝夜地表溫度變化幅度與含水量的負相關性，建立熱慣性方程解析土壤水分空間分布。相較于傳統鉆孔取樣的點狀離散測量，無人機技術可提供米級分辨率、每小時更新的連續墑情數據，支持大田墑情的高頻次、廣域化監測。

3 無人機遙感技術在濱州市農業區水利監測中的應用

3.1 鹽堿地墑情動態監測

使用多旋翼無人機搭載多光譜相機，利用短波紅外（SWIR）波段對土壤鹽分和含水量進行反演。結合地面采樣數據，構建了高精度的反演模型。成功識別出鹽堿化高風險區域2.3萬畝（1畝=1/15 hm2），并制定了針對性的淋鹽灌溉方案，原灌溉需水100 m3/畝，節水后需70 m3/畝，節水效率提升了30%。同時，鹽堿地的復耕率也得到了顯著提升，2022年至2023年小麥畝產從300kg增加到了420kg。

3.2 灌溉系統滲漏智能檢測

采用大疆 M300 RTK 無人機搭載熱紅外傳感器，通過檢測灌溉渠道的溫度異常識別滲漏點。同時，利用 LiDAR 技術生成灌溉渠道的三維模型，為滲漏點的精確定位和修復提供了有力支持。在 2022 年度，共修復滲漏點 12 處，渠道輸水效率從 72% 提升至 90%，年節水超過 500 萬 m3，相當于滿足了 1.2萬人口的年用水量需求。

3.3 作物需水精準調控

通過多時相 NDVI（歸一化植被指數）監測作物的生長狀況，并結合熱紅外數據計算 CWSI（作物水分脅迫指數），生成變量灌溉處方圖。在惠民縣 10 萬畝麥田中實施了無人機指導的灌溉方案，灌溉量減少了 25%，但產量卻提高了 12%。農戶通過手機 APP 接收實時的灌溉建議，決策響應時間從 3 天縮短至 6小時以內。

4 結語

無人機遙感技術在濱州市農業區水利監測中的應用，不僅解決了傳統監測方式存在的效率低、精度差等問題，還為農業水資源管理、災害應急響應及農業現代化進程提供了有力的技術支撐，具有廣泛的應用前景與深遠的社會意義。未來，隨著技術的不斷進步與應用領域的拓展，無人機遙感技術將在農業水利監測中發揮更加重要的作用。

來源：劉少云 .濱州無人機遙感技術在農田水利監測中的應用[J].農業工程技術,2025,45(14):36-37.

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