無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及展望

張明宇 雷震 范晶晶 邱香 胡馨悅 張慶玉

摘要：無人機技術(shù)具有非常高的機動性，其搭載的傳感器也可對農(nóng)業(yè)進(jìn)行實時監(jiān)測，而且還能拍攝高清圖像，對于農(nóng)業(yè)的精細(xì)化管理具有非常重要的意義。本文對無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究，展望了無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：無人機;農(nóng)業(yè)領(lǐng)域;應(yīng)用;展望

無人機是通過無線電遙控技術(shù)和自備的程序控制裝置控制的無人飛行器，它可利用先進(jìn)的技術(shù)實現(xiàn)精確定位，也可通過機械臂完成各種不同的農(nóng)業(yè)任務(wù)，如噴灑農(nóng)藥、施肥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況的監(jiān)測、災(zāi)情探查、農(nóng)業(yè)保險勘察、病蟲防治等。無人機在農(nóng)業(yè)環(huán)境中具有很強的適應(yīng)性，操作靈活、方便快捷，這樣也促進(jìn)無人機在農(nóng)業(yè)中得到很好的應(yīng)用。我國自從2008年開始使用無人機進(jìn)行農(nóng)業(yè)活動，顯著提高農(nóng)業(yè)管理效率，但是我國的農(nóng)用無人機還處于初級階段，未來還應(yīng)加大使用力度。

1 無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用特點

1.1 無人機技術(shù)應(yīng)用范圍比較廣

工作人員可以通過無人機遙感技術(shù)對農(nóng)田進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，利用無人機的高清數(shù)碼相機、攝像頭、熱像儀以及各種傳感器等專業(yè)的成像設(shè)備獲得超低空高分辨率遙感圖片，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。技術(shù)人員可以通過這些數(shù)據(jù)對農(nóng)作物的生產(chǎn)情況進(jìn)行有效的評估、產(chǎn)量預(yù)測、自然災(zāi)害評估、農(nóng)作物病蟲防治和預(yù)警、農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測、土地資源的測量等。無人機對于農(nóng)作物監(jiān)測可以精確到每個作物的株高、葉面積等?，F(xiàn)在國家已經(jīng)可以通過無人機搭載高分辨率彩色多光譜成像儀對農(nóng)田作物進(jìn)行拍攝，因為農(nóng)作物受到病蟲害侵襲的時候，它的光譜特征就會發(fā)生變化，把拍到的圖片傳送到計算機或云服務(wù)器進(jìn)行實時分析，這樣就可以實施監(jiān)督雜草、及時灌溉和施肥等，還可以對農(nóng)田周圍的土壤和水質(zhì)進(jìn)行重金屬檢測。

1.2 噴灑農(nóng)藥效果較好

無人機可以在低空對農(nóng)田的農(nóng)作物進(jìn)行均勻合理的噴灑農(nóng)藥，不會受到地形、地域的影響，而且具有很好的穩(wěn)定性。無人機操作不會受到溫度的影響，不管是炎熱的夏天，還是寒冷的冬天，無人機都可以根據(jù)提前設(shè)計好的航線進(jìn)行飛行。無人機噴灑農(nóng)藥時，會向下形成一個劇烈旋轉(zhuǎn)的氣流，這個氣流會使農(nóng)作物不?；蝿?，下面的農(nóng)作物就會出現(xiàn)紊流區(qū)域，這樣會把農(nóng)藥直接噴灑到農(nóng)作物莖葉的反面，也會有一部分直接噴灑到根部，這是人工噴藥達(dá)不到的效果。無人機噴灑和傳統(tǒng)的人工噴灑相比，至少可節(jié)省一半的農(nóng)藥使用量，一大半用水，減少支出，而且也能緩解農(nóng)藥殘留對于土壤和水資源污染的問題。另外，無人機噴灑農(nóng)藥飛行速度正常情況下是每秒3米，噴灑裝置是3米，作業(yè)寬度是6米，而且還可以和農(nóng)作物保持上方1.5米的高度，這樣無人機噴灑農(nóng)藥的效率就比傳統(tǒng)的人工噴灑至少高100倍。無人機技術(shù)作業(yè)噴灑農(nóng)藥也減少農(nóng)藥和工作人員的接觸，間接保證噴藥人員的健康。

2 存在問題

2.1 ?無人機成本比較高

正常情況下，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的無人機一般分為固定翼和螺旋翼兩種。在農(nóng)業(yè)活動中，無人機屬于特殊無人機，應(yīng)滿足耐高溫、耐高濕、耐腐蝕的條件，而且至少有10公斤的荷載能力，還需要高強度持續(xù)飛行。這樣無人機的價格就會比航拍的無人機要貴一些，電池、機翼等的零部件的磨損比較嚴(yán)重，收回成本的周期也較長。本來無人機的價格就比較高，再加上后期的維護(hù)成本就會讓用戶犯難。另外，雖然無人機十分方便，但是再先進(jìn)的無人機也需要人操作。無人機技術(shù)發(fā)展迅速，需要大量的飛防員（無人機駕駛證）。飛防員需要專業(yè)的培訓(xùn)，但是我國農(nóng)村基本上都是中老年，對于高科技接受能力不高，這些因素都增加了無人機的應(yīng)用成本。

2.2 續(xù)航能力有待提高

正常情況下農(nóng)用無人機因為自身重量和自身搭載農(nóng)藥的影響，續(xù)航時間一般都在40分鐘，通訊距離根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)，通訊范圍基本在7公里左右。在無人機低負(fù)載的情況下，如果只搭載圖像采集設(shè)備，最大的續(xù)航也就1個小時。因為在農(nóng)業(yè)中使用的無人機基本上都需要大范圍工作，承載能力也不高，續(xù)航時間也比較短，這樣間接影響無人機的發(fā)展。

3 無人機在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域未來的發(fā)展方向

3.1 無人機硬件

無人機應(yīng)適合農(nóng)業(yè)應(yīng)用的不同型號，減掉多余重量，最大限度提高工作效率、減輕天氣對于無人機的影響。使用高強度電池，代替對于燃油的依賴，降低成本和機身尺寸。在飛行導(dǎo)航方面，技術(shù)人員可以利用先進(jìn)的定位系統(tǒng)和通訊設(shè)備，提高導(dǎo)航精度，優(yōu)化無人機的飛行算法。在續(xù)航方面，為了適應(yīng)各種環(huán)境，應(yīng)盡量使用石墨烯、太陽能等新能源。在載荷方面，未來將出現(xiàn)更容易拆卸的裝置，實現(xiàn)載荷的變化和更換。

3.2 配套服務(wù)

國家應(yīng)建立完善的農(nóng)業(yè)無人機技術(shù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)技術(shù)升級，進(jìn)而加強植保無人機完全自主巡航作業(yè)的能力，提高無人機安全作業(yè)，為未來無人機指明方向。政府還應(yīng)該集中對無人機的田間作業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)，加強對于無人機飛防員的資格認(rèn)證和行業(yè)監(jiān)督，保證無人機產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的使用，未來還有很大的增長空間，政府應(yīng)該組織專人研究無人機專用的高效、低毒的農(nóng)藥。通過無人機飛防作業(yè)，降低農(nóng)藥使用量，這樣才能降低農(nóng)藥殘留，保護(hù)生態(tài)，促進(jìn)無人機在農(nóng)業(yè)中的可持續(xù)發(fā)展。

總而言之，生態(tài)、高效、便捷的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)必定是我國農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展方向，所以，我們應(yīng)該加大無人機智能化技術(shù)，促進(jìn)無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。無人機未來機型也將不斷變化，為了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，朝向載重量大、飛行時間長、機械化程度高的方向發(fā)展，農(nóng)用無人機的應(yīng)用也將更加智能化和精準(zhǔn)化。