應(yīng)用無人機(jī)如何開展精準(zhǔn)葡萄栽培*

李明叡，方浩兵，劉禹虹，劉 穎，樂 釗，蔡 明，鄭 崴

(1 沈陽藥科大學(xué)功能食品與葡萄酒學(xué)院，遼寧 110016)(2 桓仁滿族自治縣重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心)

近年來，隨著我國人口老齡化程度的加劇，青壯年勞動(dòng)力越來越少，直接導(dǎo)致釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)勞動(dòng)力成本增加。因此，對于釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)而言，節(jié)約勞動(dòng)力成本的首要任務(wù)就是解決葡萄園的管理問題，即實(shí)現(xiàn)高效率、低成本、精細(xì)化的管理。實(shí)施推廣“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”就是一條有效途徑，它具有科學(xué)高效、節(jié)約人工等優(yōu)點(diǎn)，可定位、定時(shí)、定量地實(shí)施農(nóng)事操作技術(shù)與管理。在釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)應(yīng)用“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”，我們將之定義為“精準(zhǔn)葡萄栽培”，它是應(yīng)用地理空間技術(shù)及相關(guān)設(shè)備收集、處理、分析葡萄園的環(huán)境數(shù)據(jù)，建立相關(guān)計(jì)算機(jī)模型和分析方法，為葡萄園高效管理提供科學(xué)參考。

“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”發(fā)展初期，其主要數(shù)據(jù)來源是傳統(tǒng)的衛(wèi)星圖像、地面?zhèn)鞲衅骱蜌庀笳镜?。隨著我國信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的突飛猛進(jìn)，高分辨率無人機(jī)的應(yīng)用使數(shù)據(jù)采集更為精準(zhǔn)快捷。對于大田作物，無人機(jī)可以在符合飛行條件的任何時(shí)間進(jìn)行田間作業(yè)及數(shù)據(jù)采集。但對于釀酒葡萄而言，目前國內(nèi)研究相對較少，且受葡萄園栽培架式、整枝方式、行間雜草等復(fù)雜因素影響，對數(shù)據(jù)采集的田間作業(yè)條件提出了更高的要求。為此，我們通過實(shí)踐探索，初步篩選出2種將無人機(jī)應(yīng)用于“精準(zhǔn)葡萄栽培”的方法及案例。

1 多光譜相機(jī)無人機(jī)——以大疆精靈4多光譜版為例

植株的光譜信息對應(yīng)著不同的生長狀態(tài)，利用多光譜無人機(jī)采集植株光譜信息，可以快速、精準(zhǔn)地判斷植株的生長情況及健康水平。該款無人機(jī)采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理生成歸一化植被指數(shù)(NDVI)等5個(gè)遙感植被指數(shù)的葡萄園地圖，可以直觀地反映葡萄園水分狀況、土壤濕度、植株長勢、產(chǎn)量和漿果成分等。圖1為應(yīng)用實(shí)例。

圖1 葡萄園多光譜遙感歸一化差分植被指數(shù)圖

葡萄生長狀況一般要靠人工監(jiān)測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而利用多光譜遙感無人機(jī)航拍省時(shí)省力，所采集的數(shù)據(jù)處理后，可生成歸一化差分植被指數(shù)圖。依據(jù)不同指標(biāo)，可以輔助葡萄管理者科學(xué)判斷哪些地塊需要除草，哪些地塊需要補(bǔ)充水肥，哪些地塊需要補(bǔ)苗，哪些地塊植株生長不良，輔助釀酒師判斷葡萄漿果質(zhì)量的優(yōu)劣等情況。

2 高精度航測無人機(jī)——以大疆精靈4 RTK為例

精靈4 RTK是一款高精度航測無人機(jī)，主要應(yīng)用于低空攝影測量，兼具厘米級(jí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)。該機(jī)型所搭配的帶屏遙控器內(nèi)置APP提供多種航線規(guī)劃模式，同時(shí)支持地理空間范圍文件的導(dǎo)入，操作十分方便。它的另一特點(diǎn)是傾斜攝影，采集的數(shù)據(jù)處理后能夠?qū)崿F(xiàn)葡萄園三維模型的重建。圖2為應(yīng)用實(shí)例。

通過建立三維模型，管理者可以全方位、多角度觀察并評估葡萄園，直接獲取不同地塊的坡度、行距、株距、葉幕形狀、葉幕高度等信息，大大提高了管理者的工作效率。該航測無人機(jī)亦可作為植保無人機(jī)的“探路者”，協(xié)助植保無人機(jī)精確規(guī)劃航線，為植保無人機(jī)自動(dòng)化作業(yè)提供極大便利。

綜上，借助無人機(jī)技術(shù)，我們已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)葡萄栽培”，即葡萄園與植株的數(shù)字化管理、葡萄園三維模型的建立、葡萄園遠(yuǎn)程管理與決策等。今后工作中，我們還將摸索無人機(jī)在有害生物防治方面的應(yīng)用技術(shù)，輔助葡萄園管理者制定精準(zhǔn)、節(jié)約的植保方案。

圖2 高精度航測無人機(jī)建立的葡萄園地塊三維模型