Page 31 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第9期
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第 50 卷第 9 期             张  新等：北斗和遥感融合的智慧无人农场关键技术研究                                   1759


                BDS 的无人播种机通过实时动态差分定位（real-                      与无人机（任务触发式）。多合一气象站可以同
                time kinematic，RTK）技术，结合预先规划的数字                 步采集光照强度（0~2 000 μmol·m ²·s ）、风速
                                                                                                    −1
                                                                                                −
                化田块地图，可精准控制行进路线与播种点位，                           （0~60 m/s）、雨量（0.2 mm 分辨率）等 10 余项参
                将耕整地邻接行精度压缩至±5 cm 以内。随着                         数，构建田间微气候模型。地面传感器填补了卫
                北斗三号全球组网完成及 BDS+5G 泛在定位网                        星与无人机的感知盲区，通过毫厘之间的数据捕
                络 的 建 设 ，农 业 场 景 下 的 定 位 可 靠 性 进 一 步            获，驱动无人农场实现了感知-决策-执行-优化的
                提升。                                             全闭环。其价值不仅在于单点数据的精准，更在
                    卫星高分辨率遥感是实现农情精准监测和                          于编织起一张从根系到云端的微观监测网络，让
                处方精准决策的基础，中国高分系列卫星搭载了                           农田的每一次变化都被精确量化。随着柔性电
                先进的高分辨率全色镜头与多光谱传感器，形成                           子、生物传感等技术的突破，未来的地面传感器
                亚米级全色影像与米级多光谱影像协同观测模                            将更趋隐形化、智能化，成为智慧农业重要一极。
                式。以专为农业设计的高分六号卫星为例，其全                               卫星、无人机与地面传感器的协同并非简单
                色影像分辨率达 2 m，配备 8 个多光谱波段，涵盖                      叠加，而是通过时空分辨率互补-数据精度互验-
                可见光至近红外波段，可同步获取农田的几何细                           执行反馈互锁的深度耦合，卫星提供广域战略扫
                节与光谱特征。通过全色与多光谱影像的融合                            描，无人机执行高频战术详查，而地面设备则完
                技术（如 Pan-Sharpening 算法），既能保留 0.8 m 的            成细胞级实时反馈，三者协同构建了战略-战术-
                空间细节，又能提取作物叶绿素含量、水分胁迫                           实时三级联动的立体监测体系。这种分层协作
                等生理指标。高分遥感卫星正从被动拍照向主                            机制既克服了单一技术的物理限制，又通过数据
                动 诊 断 进 化 ，通 过 与 BDS 和 无 人 机 群 的 深 度 耦          融合挖掘出 1+1+1>3 的增值效益，为无人农场
                合，构建了发现问题-定位坐标-精准处置的农业                          打 造 了 全 天 候 、全 要 素 、全 周 期 的 监 测 防 护 网 。
                监 测 闭 环 ，推 动 无 人 农 场 从 单 点 智 能 迈 向 全 域          随着边缘智能、星地直连等技术的发展，未来农
                智慧。                                             业感知网络将更趋自主化，真正实现太空俯瞰全
                    卫星遥感虽在农业监测中具有广域覆盖的                          局、空中精准打击、地面细胞运维的智慧农业新
                优势，但光学遥感易受云雨天气干扰，且高分卫                           范式。
                星的重访周期通常为 3~5 d，难以满足突发灾害                        3.2 农情感知与精准监测
                的实时监测需求，其技术局限性仍需通过多源感                               农情信息的精准感知和快速解析是无人农
                知技术互补来突破。无人机凭借厘米级感知、小                           场开展现代化智能农业生产的重要基础。基于
                时级响应的核心优势，正在重塑农业监测与作业                           卫星和无人机遥感数据、物联网设备数据和地面
                范式。其价值不仅在于单点技术突破，更在于串                           观测数据，建立多源传感数据融合及农情参数立
                联起卫星-天空-地面的数据流与执行链，使无人                          体实时反演方法，实现土壤参数（水分、温度、养
                农场从看见问题到解决问题的闭环周期从天级                            分等）和作物参数（出苗率、长势参数、植株氮含
                压缩至小时级。无人机可搭载高光谱相机、毫米                           量等）等农情信息的全方位立体精准感知，进而
                波雷达等传感器，获取农田厘米级细节数据。例                           为农业生产决策处方提供数据支撑，最终构建农
                如，在玉米田中可识别单株缺苗、病害早期叶斑                           场立体感知网络与农情参数联合反演及农情诊
               （直 径 小 于 2 cm），而 卫 星 影 像 难 以 捕 捉 此 类 细           断系统。
                节 。 当 高 分 卫 星 发 现 某 区 域 归 一 化 植 被 指 数           3.2.1 土壤参数反演
               （normalized difference vegetation index，NDVI）异       结合地面传感器监测数据，卫星和无人机遥
                常下降时，无人机可快速核查是病虫害、干旱还                           感可以实现对土壤进行大面积的反演，得到无人
                是机械损伤所致，避免误判。                                   农场大田精细化的多种土壤参数，主要包括土壤
                    地面传感器的优势在于实时性、微观性、连                         水分、温度和养分。
                续性三位一体的监测能力，为无人农场提供厘米                               土壤水分监测在农业中主要用于指导精准
                级精度的原位数据，成为天-空-地感知网络中不                          灌溉、旱涝预警及作物需水评估。土壤水分的遥
                可或缺的神经末梢。物联网传感器（如土壤电导                           感监测主要依托多波段遥感技术，包括可见光-近
                率探头、叶片湿度传感器）可实时采集数据，更新                          红外、热红外和微波遥感。其中，微波遥感因具
                频率达秒级至分钟级，远高于卫星（小时/天级）                          备穿透植被和云层的能力，成为全天候监测的重
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