無人機技術在農業領域的應用

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1無人機發展史

無人機的發展是經過了幾個不同階段的應用領域，每個階段都會有相應代表性的不同功能類型的無人機產物，如戰斗無人機、遙感無人機、植保無人機等。近些年無人機才漸漸被人們熟知，走進人們的生活視線中。無人機的產生最早是用于軍事戰爭，是根據戰爭使用的戰斗機改造來的[6]，但是其價格較昂貴，成本較高。而后因為其便捷性、先進性、成本相對降低，又被推廣應用于民用領域[9]，如對不適合人員踏入的崎嶇偏僻山嶺的地質地貌監測，利用帶遙感的無人機對某地區的信息情況進行獲取采集等。近些年，隨著無人機技術的迅速發展，應用不斷擴大，現已初步應用于農業領域，并取得了顯著的成就，有著光明的應用前景[5]。國外將無人機推向農業應用嘗試還是較早的，首架用于農業方面的無人機是由日本一家公司于20世紀90年明的，用于對田間進行噴灑農藥，預防蟲害發生。這么多年來，逐步發展到對農田進行蟲害以及自然災害的防御[3]。因為在我國無人機技術還是遠落后于國外發達國家水平，起步時間晚，應用時間短，起初對較大型農田、森林進行農藥噴灑，使用的是有人機進行操控。然而使用有人機進行農藥的噴灑，弊端是其噴灑范圍是有限的，但無人機就能很好地解決這個問題，它不受地形大小的限制。無人機體積小，操作起來靈活、方便，可以隨時起降，更適合于不方便進行地面操作的狀況，在現代農業中深受重視[10]。但是由于我國農業歷史悠久，農民思想傳統保守，還停留于依賴人工種植的舊方式[11]，沒有推廣使用先進的高科技技術，用于農業的無人機類型還比較單一[2]?；谶b感的無人機在某些方面要優于遙感衛星，如成本相對較低、操作方便、獲取數據的時間短等。利用遙感可對農作物的信息進行獲取，如作物的生長期、表型信息、覆蓋率等，為農情監測提供依據[12]；還可以將紅外、圖像分析等技術結合到無人機上進行更精確地監測與跟蹤，獲取更全面的地表、作物的信息，以便后續的數據分析處理[2]。我國還應大力研發更低成本、效率高的用于噴灑農藥型的無人機，并在農業領域廣泛推廣，讓農民早日擺脫農藥的殘害，保障人們的人身安全，盡早地解放農民的勞動力、生產力[13]。

2無人機優缺點及對策

無人機之所以能在很多領域被大力推廣，是因為其有很大的優勢。然而因為無人機技術還處于起步時期，必然會存在一些問題。深入了解了這些優缺點，才能更好更快地推動其發展[14]。

2.1優勢

無人機體型相對較小，方便攜帶移動，運營成本相對較低，對作業環境條件要求不高，尤其適用于代替人去偏僻的山區以及交通不便的地區進行工作，風險低，在飛行過程中如果發生快沒電的情況，它就會自動停止工作進行返航，保障了設備的運行安全[2]。無人機的飛行高度可以根據實際情況進行調控，一般是垂直升降，靈活性好，在農業中大多用于低空飛行，不受大氣干擾[15]，從航空角度快速地拍攝獲取并存儲視野廣闊的農田的大量信息圖像，圖像的清晰度、分辨率較高，提供獲取的數據信息準確，便于之后監測、跟蹤等分析工作的實時進行，作業效率高。以無人機代替傳統人工去獲取分析數據，不僅節省人力，效率高，時間短，防止人工造成誤差[16]，而且還能避免人工以及其他機械進入田地對農作物的損害。使用無人機進行農業工作，如噴灑農藥，可以節省人力物力，不用農民親自背上沉重的藥箱去田里噴藥。人工噴灑可能會造成噴灑不均勻、浪費，影響農作物的產量，而且自身還得做好防護措施，避免農藥對人體造成傷害。使用無人機去田里噴灑農藥，會避免這些問題的發生，提高生產效率，既節約環保又安全，灌溉作業也同樣有此優勢[17]。在農業領域應用無人機，能夠幫助農民提高生產質量與效率，促進農業現代化的進步。

2.2存在問題及對策

即使無人機擁有上述許多明顯的優勢，但還存在一些缺陷，發展不夠成熟。從無人機本身來說，其飛行農作的時間還是比較短的，飛行范圍也小，這樣會大大降低效率，而且其承載力不強，負載小，這樣會導致傳感器的數量少；且飛行過程中機翼旋轉會產生影響監測的氣流，降低定位精度和獲取數據的準確性。無人機的飛行也會受到天氣的影響，陰雨天和風大的時候不易飛行，陰天光照強度不好，拍出的照片不夠清晰，影響數據的觀察分析，以及其他不明飛行物的干擾，嚴重的還可能會對無人機造成損壞[18]。同時，無人機的使用方面還受到許多的限制，如法律規定、操作人員的專業性等。由于無人機普及范圍還不是很廣，且存在一定的威脅性，所以有規定的限飛區域、高度[19]，對無人機的操控，還需要有一定經驗的專業人員來進行，否則會有危險[10]。針對上述存在的缺點，需要進一步進行研究解決。為了提高無人機遙感定位精度以及獲取數據的精確度，可以通過開發搭載精度更高、性能更好，但重量較輕、集成度高的傳感器的無人機。為了使無人機的飛行工作時間更長，可以將其體積設計的更小巧輕便，以及使用更清潔環保的能源供給[20]。為了避免無人機在飛行過程中遭受外來物的侵襲影響，需要對其增添實時避讓技術，智能化地檢測危險物，并及時采取措施避免無人機被損壞。政府也應大力支持無人機的推廣使用，適當放開對無人機的約束政策，并鼓勵相關人員學會操控無人機[8]。以上述這些對策來促進無人機在農業中的發展。

3無人機應用現狀

無人機技術在不斷發展成熟，在各領域的應用也越來越廣泛常見，范圍不斷擴大，頻率不斷提高[21]。在農業領域大致分為獲取農作物相關數據信息的農情監測和進行農事操作兩方面來提高工作效率，促進農業精準化。

3.1農情監測

無人機能夠結合遙感技術以進行大范圍實時精準定位，快速準確地獲取需要測量的數據信息，代替傳統的人工觀察，前沿地進行分析監測[9]。監測結果也比較準確，如作物長勢、植被覆蓋率、病蟲害的發生、土壤溫濕度等。對作物表型的研究，包括作物的葉面積、株高等，近年來成為農業專家的研究熱點。通過觀察以航拍方式獲得的作物表型信息的圖像，能從一定程度上反映出作物的生長狀況，進而做出判斷，準備后續的工作還能預估其產量，應用前景廣闊[22]。對病蟲害的監測，需要用到光譜傳感器對獲取的數據進行分析比對，因為作物遭受病蟲害侵襲的位置，其光譜特征會發生多樣變化，不同于健康作物表現的正常特征，通過早期發現這些問題，及時處理，能有效避免農作物產量的降低。利用光譜傳感器的特征參數，可對水質、土壤是否被重金屬污染以及被污染程度進行檢測，還可對作物類別通過不同的特征進行精準分類。通過分析這些信息，管理者可提出針對性的對策，對不合適的措施進行適當調整，提升經濟效益，極大地推動了農業的發展[23]。

3.2農事操作

運用無人機進行農事，最顯著的例子就是對農田進行科學規劃地噴灑農藥，減少病蟲害的發生。無人機可從高空對農田作物進行均勻合理地噴灑農藥，不受地形的限制，穩定性好。無論酷熱的夏日還是嚴寒的冬日，都不需要人親自去田地里工作，因為無人機可以按照提前在控制系統設定好的航線進行飛行，飛到目的地后，執行噴灑農藥的指令，操作方還可知曉噴灑工作的進展[1]。機械噴灑較人工噴灑有明顯的優勢，省時省力又省藥[24]。通過遙控無人機噴藥，操作人員可與農田位置相隔較遠，不會與農藥有直接接觸，防止人員中毒傷害，安全可靠。并且在噴灑過程中也不會直接接觸到作物，避免對其造成損害，影響生產效率[25]。使用無人機進行噴灑，均勻有效，可減少水源和藥物的使用量，從而減少水的浪費和污染，以及殘留農藥對土壤的污染[25]，利于水土保護[23]，環保高效。運用無人機進行施肥有同樣效果，還保障了農產品的質量[7]，提升農業最終收益[26]。

3.3其他方面

除了上述提到的應用范圍，無人機技術還可在地形測繪、農業物流、播種、農村規劃、雜交育種等方面提供幫助，應用市場廣闊，前途可觀[7]。

4結語

新型的無人機技術因其成本較低、操作簡便、生產效率高、準確性高等優勢，代替傳統機械以及人工勞作，適合目前農業現狀，能廣泛應用于農業生產，推動農業現代化的發展。雖然我國無人機技術還處在發展階段，存在一些不足，但隨著科技的不斷創新、發展，這些問題一定也會被攻克，技術會越發成熟。為了大力推廣無人機在農業領域的應用，我國政府需對此技術進行一定程度的宣傳，并且要從根本上支持，如降低一下無人機成本價格，使得農民可以買得起、用得起，以及多研發一些農業專用型無人機，加強應用能力。

作者：郝雅潔 史維杰 趙明霞 呂致 胡欣宇 李富忠 單位：農業大學 山西云時代技術有限公司