傳統(tǒng)的罌粟種植監(jiān)測主要依靠人工巡查和航空攝影等手段，但這些方法存在著諸多限制，如成本高、效率低、覆蓋面窄、識別困難等問題。而無人機(jī)高光譜遙感技術(shù)的出現(xiàn)，為罌粟種植的監(jiān)測帶來了革命性的改變。無人機(jī)高光譜遙感技術(shù)利用無人機(jī)搭載的高光譜相機(jī)，獲取罌粟種植區(qū)域的多光譜圖像數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包含了大量的空間和光譜信息，通過無人機(jī)的快速高效飛行，可以對廣大的種植區(qū)域進(jìn)行全面的監(jiān)測。

圖2 罌粟植株與干擾物體

與傳統(tǒng)方法相比，無人機(jī)高光譜遙感具有以下優(yōu)勢：

1.高光譜傳感器可以捕捉到植物葉片的反射光譜。罌粟植物在不同生長階段會有不同的光譜反射特征，通過高光譜遙感技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地識別罌粟種植區(qū)域。

2.無人機(jī)可以快速覆蓋大面積的種植區(qū)域。以往的人工巡查需要耗費(fèi)大量的時間和人力，而無人機(jī)可以在更短的時間內(nèi)完成對整個地區(qū)的監(jiān)測，大大提高了效率。

3.無人機(jī)高光譜遙感技術(shù)還可以結(jié)合圖像處理和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)罌粟種植區(qū)域的自動識別和監(jiān)測。通過對大量數(shù)據(jù)的處理和分析，可以更加準(zhǔn)確地判斷罌粟種植區(qū)域的位置和范圍，為執(zhí)法部門提供有力的依據(jù)。

1. 與可見光結(jié)果相比

可見光圖像僅僅有紅綠藍(lán)（RGB）三個波段的光信息組成，在對罌粟識別時通過人工肉眼判讀進(jìn)行監(jiān)測，效率低下且準(zhǔn)確度有限。而高光譜圖像結(jié)果具有300個波段的光信息，對于罌粟可以提取其專屬的波段特征，從而對其進(jìn)行準(zhǔn)確的識別，同時結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)測。

2. 與多光譜結(jié)果相比

多光譜和高光譜的主要區(qū)別是波段的數(shù)量和窄度。多光譜圖像通常由10-30個波段的光信息組成，對于罌粟或其他地物的檢測特征有限，容易與其他地物的反射光譜混淆。在高光譜圖像中具有更高水平的光譜細(xì)節(jié)可以提供更好的植被區(qū)分能力，例如在檢測罌粟時，高光譜圖像可以有效區(qū)分罌粟與其他相似植物，提高準(zhǔn)確率。

罌粟的生長可分為4個周期，分別為苗期40天，蕾期20天，花期20天和果期20天，其中花果期由于罌粟的花朵形狀獨(dú)特、色彩艷麗，因此在該時間段內(nèi)是罌粟巡查、鏟除的黃金時期。所以每到春夏季節(jié)，全國各地的民警都會把查罌粟作為一個重點(diǎn)任務(wù)，此時無人機(jī)高光譜的優(yōu)勢不可取代，探查區(qū)域大、效率高。

圖3 罌粟植株的生長周期

賽斯拜克SF500無人機(jī)高光譜成像系統(tǒng)

1. 飛行平臺

SF500無人機(jī)高光譜成像系統(tǒng)是基于大疆工業(yè)級無人機(jī)旗艦產(chǎn)品M300RTK平臺深度開發(fā)的一款輕小型旋翼無人機(jī)機(jī)載的高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高光譜成像儀、輕小型旋翼高穩(wěn)定性無人機(jī)、高穩(wěn)定性云臺、大容量存儲系統(tǒng)、無線圖像系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)等組成，是當(dāng)前市場上輕型化+科學(xué)級高光譜數(shù)據(jù)的優(yōu)選組合方案。

核心載荷高光譜成像儀采用了性能卓越的科研級COMS探測器和高衍射效率的透射光柵分光元件，光譜范圍覆蓋400～1000nm，光譜分辨率優(yōu)于2.5nm，具有極高的噪信比和空間分辨率，可以充分挖掘和利用不同物質(zhì)自身特有的光譜信息，結(jié)合高清相機(jī)拍攝高清圖片，實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)信息的全面檢測，是一臺“圖譜合一”的綜合性遙感設(shè)備。

2.應(yīng)用流程

活體的罌粟植株由于其特定的生理特征和結(jié)構(gòu)，會對光線產(chǎn)生特定的反射率曲線，尤其在花果期階段，這種反射率光譜曲線與其他植被存在特定的差異。利用這一特性，可以通過以下技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)罌粟植株的自動識別。

圖5 罌粟植株反射率光譜曲線示意圖

（1）利用無人機(jī)高光譜采集樣本區(qū)域圖像，樣本區(qū)域中應(yīng)該包含罌粟苗期或花果期的生長植株；

（2）在圖像處理軟件中（如ENVI）人工標(biāo)記樣本圖像的罌粟植株區(qū)域，并區(qū)分苗期植株和花果期植株，制作成罌粟植株標(biāo)準(zhǔn)圖像（ROI），并存儲為罌粟植株數(shù)據(jù)庫，后期監(jiān)測中均可以使用；

圖6 罌粟植株特征光譜和實(shí)地檢測結(jié)果

（3）利用ENVI或者公司開發(fā)的數(shù)據(jù)解譯軟件，將外業(yè)采集的圖像導(dǎo)入軟件中，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法和標(biāo)準(zhǔn)罌粟植株數(shù)據(jù)庫對采集的原始進(jìn)行自動檢測，并自動標(biāo)記出花果期或苗期的罌粟植株區(qū)域，最后結(jié)合人工目視圖像檢查，和實(shí)地檢查進(jìn)行鏟除。

圖7 罌粟植株無人機(jī)高光譜監(jiān)測技術(shù)流程