無人機(jī)在農(nóng)科專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

李德涵　于旭東　蔡澤坪　羅佳佳

摘要近年來，無人機(jī)相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展，其操作簡(jiǎn)便，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文以海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院儋州校區(qū)農(nóng)科，專業(yè)教學(xué)實(shí)踐為例，探討無人機(jī)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，分析了存在的問題，提出了建議，以期為無人機(jī)在農(nóng)科專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用提供參考關(guān)鍵詞 無人機(jī);農(nóng)科專業(yè);教學(xué)實(shí)踐;應(yīng)用;存在的問題;建議

中圖分類號(hào) G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-5739（2019）05-0252-02

無人機(jī)（Unmanned Aerial?Vehicle），全稱為無人駕駛飛機(jī)，是利用遠(yuǎn)程遙控設(shè)備和與飛行器相適應(yīng)的軟硬件操縱的不載人飛行器。飛控系統(tǒng)開源硬件技術(shù)成熟使無人機(jī)在技術(shù)上取得了較大突破，應(yīng)用場(chǎng)景逐步擴(kuò)展。預(yù)計(jì)至2025年，國內(nèi)無人機(jī)航拍市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)300億元，農(nóng)林植保方向市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)200億元，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)總規(guī)模將達(dá)750億元。無人機(jī)技術(shù)目前在農(nóng)業(yè)植保、影視拍攝、物流、救災(zāi)、安保、遙感測(cè)繪、新聞報(bào)道、電力巡檢等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍?；诖耍?，現(xiàn)以海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院儋州校區(qū)農(nóng)科專業(yè)教學(xué)實(shí)踐為例，探討無人機(jī)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

1無人機(jī)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

1.1航拍觀察

在農(nóng)科類教學(xué)實(shí)踐中的植物調(diào)查等場(chǎng)景中，通過無人機(jī)配備的攝像頭采集實(shí)習(xí)地點(diǎn)的高空影像資料，可根據(jù)航拍像片比例尺公式（焦距高度）計(jì)算調(diào)查面積，確定調(diào)查邊界，并初步了解植被覆蓋情況，在總結(jié)調(diào)查區(qū)域內(nèi)植物種類時(shí)發(fā)揮定位作用，實(shí)現(xiàn)調(diào)查實(shí)習(xí)結(jié)果的可視化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

1.2全景圖像制作

全景技術(shù)是指通過獲取整個(gè)場(chǎng)景的全角度圖像資料，通過技術(shù)手段進(jìn)行后期圖片拼合，將平面照片整合形成“可操作，可交互”的全景景觀（Panaramic）F?？梢岳脽o人機(jī)制作野外全景景觀，通過現(xiàn)代化教學(xué)手段向?qū)W生展示的同時(shí)，也可達(dá)到保存原始資料、拓展實(shí)習(xí)范圍、提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的效果，具體步驟如下.①先觀察四周環(huán)境，確認(rèn)起降點(diǎn)以及空域安全后操作無人機(jī)起”飛，選取要拍攝取景的地點(diǎn)，懸停至合適的高度（一般選取50m左右較為合適）。②為了方便后期拼接全景圖像，應(yīng)該使用手動(dòng)檔鎖定相機(jī)拍攝參數(shù)，避免自動(dòng)檔自適應(yīng)場(chǎng)景拍攝導(dǎo)致每張照片曝光不同，使后期圖像產(chǎn)生縫隙.③利用DronePan軟件拍攝原始素材，設(shè)置拍攝圈數(shù)為3圈，每圈拍攝6張圖像，底部拍攝1張圖像，共計(jì)19張素材。保存后開始拍攝。④回收無人機(jī)，導(dǎo)出素材.⑤將素材導(dǎo)人全景拼接軟件，合成全景圖，選取的全景拼接軟件為PTGUI。由于無人機(jī)無法拍攝正上方角度的圖片，因而合成后的原始全景圖天空部分是缺失的，見圖1（a）。⑥利用Photoshop等圖像處理軟件補(bǔ)全天空并進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)色，見圖1（b）。⑦將完成的全景圖上傳至交互式全景圖像制作平臺(tái)（如720yun），生成可交互的全景圖像。

1.3遙感測(cè)繪

在無人機(jī)上可配置各類專業(yè)成像傳感設(shè)備，如高清攝像頭、多光譜儀、熱像儀等，以收集溫度濕度距離、影像等低空環(huán)境數(shù)據(jù)，建立模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行土地資源測(cè)量、作物生長環(huán)境監(jiān)測(cè)、作物健康及生長情況評(píng)估、病蟲草害與自然災(zāi)害的發(fā)現(xiàn)預(yù)警與評(píng)估等工作網(wǎng)。

1.4生產(chǎn)上的其他應(yīng)用

在無人機(jī)上安裝噴灑配件和其他作業(yè)設(shè)備，用于各種農(nóng)作任務(wù)，如播種、施肥噴灑農(nóng)藥等。實(shí)踐表明，無人機(jī)作業(yè)操作簡(jiǎn)便精細(xì)度高。在植保等生產(chǎn)作業(yè)過程中應(yīng)用無人機(jī)，可以大幅提高效率，顯著降低勞動(dòng)力成本。

2存在的問題

2.1專業(yè)人員數(shù)量不夠

現(xiàn)階段，雖然消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)無人機(jī)的普及范圍廣“，但無人機(jī)專業(yè)培訓(xùn)配套缺乏，直接造成國內(nèi)持證飛手?jǐn)?shù)量嚴(yán)重不足，“黑飛”現(xiàn)象嚴(yán)重，多數(shù)～飛手缺乏專業(yè)知識(shí)和技能支撐，無法發(fā)揮無人機(jī)操作精細(xì)簡(jiǎn)便、效率較高的優(yōu)勢(shì)，存在安全隱患。

2.2技術(shù)不夠完善

2.2.1續(xù)航時(shí)間短。在農(nóng)科專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中，尤其是野外實(shí)習(xí)范圍普遍較廣、環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)階段無人機(jī)的續(xù)航難以滿足長時(shí)間使用的實(shí)際需求。以拍攝全景視頻為例，選用大疆Phantom3無人機(jī)，最長續(xù)航時(shí)間為25min（電池使用時(shí)間在最佳飛況下測(cè)得，或因環(huán)境和飛行方式不同而有所差異;標(biāo)稱）。拍攝高度50m，共19角度，有效距離為200m左右，平均拍攝時(shí)間6min，平均耗電量39%。在考慮安全的前提下，一次續(xù)航最多拍攝2個(gè)場(chǎng)景。全景拍攝耗時(shí)以及耗電量詳見表1。

2.2.2飛行穩(wěn)定性較差。教學(xué)安全是教學(xué)實(shí)踐的重要前提。現(xiàn)消費(fèi)級(jí)無人機(jī)的飛行穩(wěn)定多依靠視覺定位系統(tǒng)GPS定位系統(tǒng)，在風(fēng)中實(shí)際飛行行的穩(wěn)定性較差，且常出現(xiàn)定位不準(zhǔn)的現(xiàn)象，使用無人機(jī)自動(dòng)返航降落功能時(shí)常出現(xiàn)定點(diǎn)偏差較大的問題，帶來了一定的安全隱患。

2.2.3負(fù)載能力弱。大多數(shù)無人飛行器載重能力明顯不足，對(duì)需要攜帶更多設(shè)備的植保無，人機(jī)更是如此，多數(shù)無人機(jī)只能通過大幅犧牲續(xù)航能力來增加負(fù)載。

2.3使用范圍受限

由于技術(shù)不夠完善，常見的無人機(jī)在適用范圍上受限。尤其是霧氣、風(fēng)雨等不利天氣條件對(duì)飛行的限制，極大地阻礙了無人機(jī)的普及。另外，農(nóng)科專業(yè)野外實(shí)習(xí)中常見的高空建筑高大樹木、山體等也會(huì)對(duì)視線、飛行路線、信號(hào)產(chǎn)生影響，限制了無人機(jī)的使用。

2.4成本較高

據(jù)調(diào)查，國內(nèi)用于航拍的消費(fèi)級(jí)無人機(jī)價(jià)格為3000～10000元，而功能較全面的工業(yè)級(jí)植保無人機(jī)動(dòng)輒數(shù)萬甚至數(shù)十萬，致使高校在教學(xué)實(shí)踐中采用較少，部分高校的應(yīng)用局限于案例學(xué)習(xí)，極少有上機(jī)操作，難以大規(guī)模應(yīng)用。

3建議

3.1加強(qiáng)監(jiān)管，完善政策

建立健全無人機(jī)領(lǐng)域相關(guān)監(jiān)管政策，規(guī)范管理流程，完善培訓(xùn)體系。如民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員合格證（中國AOPA），降低相關(guān)合格證發(fā)放I門檻，推動(dòng)行業(yè)健康發(fā)展;對(duì)高校尤其是涉農(nóng)院校進(jìn)行專項(xiàng)補(bǔ)助，鼓勵(lì)其弓進(jìn)無人機(jī)相關(guān)人才、設(shè)備與技術(shù)，豐富教學(xué)教研實(shí)踐手段。

3.2高校加強(qiáng)對(duì)教師和學(xué)生的培訓(xùn)

高校應(yīng)盡快完善無人機(jī)飛行培訓(xùn)體系，確保相關(guān)專業(yè)師生能安全進(jìn)行無人機(jī)飛行作業(yè)，做到持證飛行。

3.3在實(shí)際操作中積極思考，探索更多應(yīng)用場(chǎng)景

無人機(jī)行業(yè)發(fā)展前景巨大，技術(shù)發(fā)展速度快，應(yīng)探索“無人機(jī)+”行業(yè)的模式，拓展更多應(yīng)用場(chǎng)景，提出切實(shí)可行、全面完善的解決方案，將無人機(jī)技術(shù)與科研教學(xué)乃至生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)方面進(jìn)行深度融合。

4參考文獻(xiàn)

[1]趙元棣，王興隆，王濤波興趣教學(xué)模式在“通用航空運(yùn)行與保障"課程中的應(yīng)用探討[J].大學(xué)教育，2016（5）：152-156.

[2]艾瑞咨詢.中國無人機(jī)行業(yè)研究報(bào)告[R1]上海：艾瑞市場(chǎng)咨詢有限公司，2016.

[3]余龍江.基于對(duì)象全景圖的建筑效果圖展示方法[D]大觀，2016（5）：

[4]周超，向緒友，鐘旭，等.無人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及展望[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（11）：80-82.