無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代果樹(shù)生產(chǎn)中的應(yīng)用

楊江生，李幗英，馬建芳(天水市果樹(shù)研究所，甘肅 741002)

當(dāng)今的果樹(shù)生產(chǎn)面臨著一系列的挑戰(zhàn)，包括如何在確保高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的同時(shí)有效監(jiān)測(cè)果樹(shù)發(fā)育及其生長(zhǎng)環(huán)境、如何進(jìn)行病蟲(chóng)害精準(zhǔn)防治及高效采摘和運(yùn)輸果品等問(wèn)題。傳統(tǒng)方法很難滿足這些需求，而無(wú)人機(jī)作為一種高效且靈活的工具，正在逐漸為果樹(shù)生產(chǎn)帶來(lái)新的機(jī)遇。無(wú)人機(jī)的應(yīng)用為果樹(shù)生產(chǎn)提供了新的解決方案，能夠提供高精度的生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)，幫助果農(nóng)更好地了解果樹(shù)的生長(zhǎng)情況。同時(shí)，無(wú)人機(jī)可用于病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)和防治，精確施藥，在減少農(nóng)藥使用量的同時(shí)提高防治效果。此外，無(wú)人機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)果實(shí)的高效采摘和快速運(yùn)輸，極大地提升果樹(shù)生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。然而也面臨著一些挑戰(zhàn)，如飛行安全性、數(shù)據(jù)算法及處理能力等方面的問(wèn)題。因此，有必要進(jìn)一步研究和探索無(wú)人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代果園中的應(yīng)用，以充分發(fā)揮其在現(xiàn)代果樹(shù)生產(chǎn)中的潛力。

1 無(wú)人機(jī)在果樹(shù)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1.1 無(wú)人機(jī)成像技術(shù)在果樹(shù)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)配備的高分辨率相機(jī)可以提供極為精確的果樹(shù)成像和監(jiān)測(cè)能力，主要有以下3種：一是RGB相機(jī)，最常用的相機(jī)類(lèi)型之一，它可以捕捉到紅、綠、藍(lán)3種主要顏色的圖像信息；二是近紅外(NIR)相機(jī)，能夠提供植物的健康狀態(tài)信息，包括葉綠素含量、植被覆蓋度、水分含量等；三是熱紅外(Thermal)相機(jī)，能夠提供果樹(shù)的熱圖，顯示植株溫度的分布情況，可以檢測(cè)果樹(shù)的應(yīng)激狀況、熱損失以及病蟲(chóng)害影響下的溫度變化。利用無(wú)人機(jī)圖像技術(shù)，我們能夠快速而準(zhǔn)確地評(píng)估果樹(shù)的生長(zhǎng)情況、枝葉狀況以及果實(shí)數(shù)量等關(guān)鍵因素。通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的攝像頭，可以獲得高分辨率的果樹(shù)圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)可以被傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)或云端進(jìn)行進(jìn)一步分析，以獲取關(guān)于果樹(shù)生長(zhǎng)狀態(tài)的詳細(xì)信息。通過(guò)對(duì)果樹(shù)的生長(zhǎng)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，果樹(shù)種植者能夠及時(shí)了解果樹(shù)的生長(zhǎng)趨勢(shì)、葉片狀況以及果實(shí)的發(fā)育情況。這種高精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力可以幫助果農(nóng)優(yōu)化果樹(shù)的管理措施，如施肥、灌溉以及采取措施防治病蟲(chóng)害。

1.2 點(diǎn)云技術(shù)在果樹(shù)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

首先，點(diǎn)云技術(shù)可以提供高分辨率的果樹(shù)三維模型。通過(guò)無(wú)人機(jī)攜帶的激光雷達(dá)(LiDAR)掃描果樹(shù)，可以獲得果樹(shù)的準(zhǔn)確形狀和結(jié)構(gòu)信息。這種三維模型可以用于精確測(cè)量果樹(shù)的高度、冠幅、枝條密度等參數(shù)，幫助果農(nóng)了解果樹(shù)的生長(zhǎng)情況和結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)對(duì)歷史掃描數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)的比較，也可以分析果樹(shù)在不同時(shí)間段內(nèi)的生長(zhǎng)變化和發(fā)展趨勢(shì)。其次，點(diǎn)云技術(shù)可以用于果樹(shù)病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)和識(shí)別。通過(guò)激光雷達(dá)掃描果樹(shù)，可以捕捉到果樹(shù)表面的微小變化和形態(tài)特征。通過(guò)分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以識(shí)別出果樹(shù)表面異常點(diǎn)、枯死區(qū)域或受害區(qū)域等，提醒果樹(shù)種植者及早發(fā)現(xiàn)并處理病蟲(chóng)害問(wèn)題。再次，點(diǎn)云技術(shù)還可以輔助果樹(shù)的農(nóng)藝管理工作。通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行冠層分析，確定果樹(shù)的密度、重疊情況和建議修剪方案。此外，通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分析，可以進(jìn)行果實(shí)數(shù)量和果實(shí)分布的測(cè)量，幫助果農(nóng)進(jìn)行果實(shí)采摘計(jì)劃的優(yōu)化。總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)點(diǎn)云技術(shù)，果農(nóng)可以進(jìn)行精細(xì)化的農(nóng)藝管理措施，適時(shí)掌握果樹(shù)的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量情況，并及早發(fā)現(xiàn)和處理病蟲(chóng)害問(wèn)題。

2 無(wú)人機(jī)在病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用

2.1 病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警

無(wú)人機(jī)配備紅外線相機(jī)和多光譜傳感器可以快速掃描果樹(shù)冠層，捕捉病蟲(chóng)害相關(guān)的熱點(diǎn)和反射特征。通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹(shù)病蟲(chóng)害的早期監(jiān)測(cè)和預(yù)警。與傳統(tǒng)的人工巡視相比，無(wú)人機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)覆蓋大面積果園，提高病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

2.2 精準(zhǔn)噴灑技術(shù)

利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行病蟲(chóng)害防治時(shí)，可以根據(jù)病蟲(chóng)害的分布情況和作物需求，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)噴灑。通過(guò)噴灑裝置和精確的導(dǎo)航系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)能夠在空中精準(zhǔn)控制藥劑的噴灑量和噴灑范圍，避免過(guò)度噴灑和浪費(fèi)，減少農(nóng)藥的使用量，同時(shí)最大限度地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2.3 生物防治技術(shù)配合無(wú)人機(jī)的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)為果樹(shù)生產(chǎn)提供了與傳統(tǒng)生物防治技術(shù)相結(jié)合的平臺(tái)。通過(guò)搭載生物制劑噴灑裝置，無(wú)人機(jī)可以快速而均勻地將生物制劑噴灑到果樹(shù)上，增強(qiáng)生物制劑的防治效果。

3 無(wú)人機(jī)在果實(shí)采摘與運(yùn)輸中的應(yīng)用

3.1 無(wú)人機(jī)攝像技術(shù)在果實(shí)采摘中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的果實(shí)采摘通常需要大量的人力和時(shí)間，而無(wú)人機(jī)攝像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)果實(shí)的快速識(shí)別和定位，從而可以精確控制機(jī)械臂、抓取器等設(shè)備進(jìn)行果實(shí)采摘。通過(guò)無(wú)人機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，可以快速而準(zhǔn)確地識(shí)別出成熟果實(shí)的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效的果實(shí)采摘。

3.2 無(wú)人機(jī)在果實(shí)運(yùn)輸中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)可以作為果實(shí)的運(yùn)輸工具，將采摘的果實(shí)從果園快速運(yùn)送到加工廠或市場(chǎng)。相比傳統(tǒng)的陸路運(yùn)輸，無(wú)人機(jī)具有更快的速度和更大的靈活性，能夠通過(guò)空中最短路徑快速到達(dá)目的地，減少果實(shí)在運(yùn)輸過(guò)程的損耗和變質(zhì)。此外，無(wú)人機(jī)還可以應(yīng)用自動(dòng)駕駛技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)之間的協(xié)同運(yùn)輸，提高運(yùn)輸效率。

4 無(wú)人機(jī)技術(shù)在果樹(shù)生產(chǎn)中的挑戰(zhàn)與展望

4.1 高精度定位與導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展

無(wú)人機(jī)應(yīng)用在果樹(shù)生產(chǎn)中需要準(zhǔn)確的定位與導(dǎo)航能力，以實(shí)現(xiàn)精確的作業(yè)和任務(wù)執(zhí)行。因此，需要不斷改進(jìn)和發(fā)展高精度的定位與導(dǎo)航技術(shù)，確保無(wú)人機(jī)能夠精準(zhǔn)地控制位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的果樹(shù)環(huán)境和多變的操作需求。

4.2 高效能電池技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新

無(wú)人機(jī)在果樹(shù)生產(chǎn)中需要長(zhǎng)時(shí)間的飛行能力和高效能的電池供電系統(tǒng)。當(dāng)前，電池技術(shù)的發(fā)展還存在一些挑戰(zhàn)，如容量限制、充電時(shí)間長(zhǎng)、重量過(guò)大等問(wèn)題。因此，需要加大對(duì)高效能電池技術(shù)的研發(fā)力度，提高電池的能量密度、循環(huán)壽命和快速充電能力，以滿足無(wú)人機(jī)在果樹(shù)生產(chǎn)中長(zhǎng)時(shí)間、高效率的運(yùn)行要求。

4.3 法規(guī)與安全問(wèn)題

無(wú)人機(jī)在果樹(shù)生產(chǎn)中的應(yīng)用仍存在法規(guī)和安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)人機(jī)需要遵守航空管理規(guī)定，如保持合法的飛行高度、避免與其他飛行器碰撞等。同時(shí)，無(wú)人機(jī)在果樹(shù)生產(chǎn)中的安全性也需要重視，需避免對(duì)人員、設(shè)備以及果樹(shù)造成傷害。因此，需建立完善的法規(guī)體系和安全標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)無(wú)人機(jī)在果樹(shù)生產(chǎn)中的安全、可持續(xù)應(yīng)用。

5 結(jié)論

無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代果樹(shù)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)無(wú)人機(jī)在果樹(shù)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害防治、果實(shí)采摘與運(yùn)輸?shù)确矫娴膽?yīng)用，可以提高果樹(shù)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)果農(nóng)的收益增長(zhǎng)。然而，無(wú)人機(jī)技術(shù)在果樹(shù)生產(chǎn)中仍面臨一些挑戰(zhàn)，需要不斷研究和創(chuàng)新，解決定位與導(dǎo)航、電池技術(shù)和法規(guī)、安全等問(wèn)題。隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的支持，相信無(wú)人機(jī)將在現(xiàn)代果樹(shù)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用，為果樹(shù)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。