淺談無人機(jī)在現(xiàn)代果園中的應(yīng)用

目前果樹生產(chǎn)中，普遍存在管理用工嚴(yán)重短缺的現(xiàn)象。人工費(fèi)用的逐年上漲，使得果農(nóng)生產(chǎn)果品的成本在不斷提高，而創(chuàng)收的效益卻在逐年下降。因此，為節(jié)省成本，需要合理配置資源，創(chuàng)新發(fā)展現(xiàn)代果園的機(jī)械化作業(yè)模式，提高果園機(jī)械化的綜合水平，以適應(yīng)現(xiàn)代果業(yè)的迅猛發(fā)展。近年來無人機(jī)在果園應(yīng)用越來越廣泛（圖1），在減少果農(nóng)勞動(dòng)時(shí)間、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約勞動(dòng)成本及提高果品生產(chǎn)效率等方面均起到了促進(jìn)作用，因此值得大力推廣和應(yīng)用。

1在果樹生長監(jiān)測中的應(yīng)用

1.1 無人機(jī)成像技術(shù)

無人機(jī)配備的相機(jī)分辨率極高，目前無人機(jī)搭載的相機(jī)主要有三種類型：一是RGB相機(jī)捕捉紅、綠、藍(lán)三種顏色的圖像數(shù)據(jù)；二是近紅外（NIR）相機(jī)能精確監(jiān)測植物的多項(xiàng)指標(biāo)，如葉綠素、水分和植被覆蓋情況；三是熱紅外（Thermal）相機(jī)用于檢測。無人機(jī)搭載的攝像頭，具有精確的果樹成像及監(jiān)測能力，獲得高分辨率的圖像數(shù)據(jù)讓果農(nóng)得以迅速且精確地判斷果樹的生長態(tài)勢、枝葉生長狀況和果實(shí)產(chǎn)量等要素。將這些圖像數(shù)據(jù)傳輸至地面計(jì)算機(jī)后，經(jīng)由專家和技術(shù)人員的深入分析，即可全面掌握果樹生長的詳細(xì)信息。這種高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測能力，為果農(nóng)施肥澆水以及防治病蟲害提供了可靠依據(jù)。

1.2點(diǎn)云技術(shù)

首先點(diǎn)云技術(shù)能夠生成分辨率較高的三維模型。無人機(jī)在果園監(jiān)測時(shí)（圖2），隨機(jī)攜帶的激光雷達(dá)（LiDAR）迅速對(duì)果樹進(jìn)行掃描，能夠收集樹高、枝條密度以及冠幅等結(jié)構(gòu)信息，從而協(xié)助果農(nóng)掌握果樹的有關(guān)情況，并對(duì)比以往數(shù)據(jù)進(jìn)行分析改進(jìn)。另外，該技術(shù)還能用于發(fā)現(xiàn)及識(shí)別病蟲害，精確捕捉果樹的形態(tài)特征與細(xì)微變化，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)果樹的受損及枯死區(qū)域等異常情況，從而及時(shí)提醒果農(nóng)實(shí)施除治。最后，點(diǎn)云技術(shù)能協(xié)助果農(nóng)做好日常管理工作，通過分析冠層結(jié)構(gòu)和枝條密度，提出修剪方案，還可測算果實(shí)數(shù)量，幫助果農(nóng)進(jìn)一步優(yōu)化采摘計(jì)劃等。

2 在病蟲害防治中的應(yīng)用

2.1 病蟲害監(jiān)測與預(yù)警

無人機(jī)搭配多光譜傳感器、紅外相機(jī)等相關(guān)設(shè)備，通過掃描樹木，精確獲取并分析樹木病蟲害的有關(guān)特征數(shù)據(jù)，有助于提前進(jìn)行病蟲害的預(yù)警監(jiān)測工作。相較于人工巡查，無人機(jī)能快速監(jiān)測更廣區(qū)域的果園，顯著提高監(jiān)測效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2.2 精準(zhǔn)噴灑技術(shù)

在實(shí)施無人機(jī)防控病蟲害時(shí)，無人機(jī)可根據(jù)病蟲害的具體分布，借助精準(zhǔn)的導(dǎo)航系統(tǒng)和噴灑設(shè)備，對(duì)果樹實(shí)施精確的農(nóng)藥噴灑。在飛行中，無人機(jī)能夠精確調(diào)控藥液的使用量及噴灑區(qū)域（圖3），快速均勻地將藥液噴灑到果樹上。無人機(jī)精準(zhǔn)噴灑技術(shù)能夠減少農(nóng)藥的使用量，避免因過度噴灑造成藥液浪費(fèi)，同時(shí)還可減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

3 在果實(shí)采摘與運(yùn)輸中的應(yīng)用

3.1 高效采摘果實(shí)

傳統(tǒng)的果實(shí)采摘技術(shù)需要大量人力、物力及財(cái)力的支持，采摘速度慢并且采摘成本較高。無人機(jī)能夠極快地識(shí)別成熟果實(shí)及確定果實(shí)所在位置，進(jìn)而操作機(jī)械臂和抓取器實(shí)施精確采摘作業(yè)。

3.2 快速運(yùn)輸能力

無人機(jī)作為一種理想的運(yùn)輸工具，能夠及時(shí)將果實(shí)運(yùn)至市場、倉庫等處。相較于公路運(yùn)輸和水路運(yùn)輸而言，無人機(jī)更加靈活與迅速，顯著降低了果實(shí)的損耗以及變質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，保障了果實(shí)的質(zhì)量安全。

4 無人機(jī)的優(yōu)勢與問題

4.1優(yōu)勢

目前多數(shù)果園通常建設(shè)在地形多變復(fù)雜的區(qū)域，常規(guī)機(jī)械難以進(jìn)入并有效工作，而無人機(jī)實(shí)施作業(yè)卻不會(huì)受果園位置、樹木高度和氣候條件等因素的影響，對(duì)指定區(qū)域隨時(shí)可以高效、安全地精確實(shí)施作業(yè)。無人機(jī)配備有遙控指揮系統(tǒng)，防治人員無需長時(shí)間待在噴藥現(xiàn)場，從而有效減少防治人員接觸農(nóng)藥的時(shí)間和劑量，防止農(nóng)藥對(duì)施藥者造成不必要的傷害，最大程度地保護(hù)果農(nóng)的身體健康。

無人機(jī)作業(yè)具備高效、精確、易于操作等優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)人工方法，無人機(jī)噴藥能夠節(jié)省約 90% 用水量和 50% 藥劑用量，噴藥作業(yè)效率是常規(guī)噴藥的100倍以上。通過GPS、北斗導(dǎo)航技術(shù)以及數(shù)學(xué)模型計(jì)算，無人機(jī)可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和準(zhǔn)確作業(yè)，即使在能見度較低的白天或漆黑的夜晚也能執(zhí)行任務(wù)（圖4）。

4.2 問題

一是無人機(jī)的購置成本相對(duì)較高。例如大疆MG1的裸機(jī)價(jià)格一般為4.2萬元左右，加上電池和相關(guān)支出，整套設(shè)備的價(jià)格在8萬～10萬元之間。此外，無人機(jī)在使用過程中還需要定期維護(hù)和保養(yǎng)，這些額外的費(fèi)用使得小果園的農(nóng)戶難以承擔(dān)。二是無人機(jī)有效負(fù)荷較小。目前大多數(shù)無人機(jī)載藥量在10～50kg ，因此需要頻繁起落、加藥才能完成指定任務(wù)，致使實(shí)際操作噴藥的效率低。三是無人機(jī)專用藥劑缺乏。目前，與無人機(jī)配套使用的專用藥劑尚未完全研發(fā)成熟。在施藥過程中，多數(shù)情況下還是采用人工或機(jī)械方式進(jìn)行藥液配制，缺乏專為無人機(jī)設(shè)計(jì)的藥劑，這可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)藥殘留、噴藥效果等指標(biāo)難以評(píng)估。四是無人機(jī)技術(shù)在病蟲害防治方面的應(yīng)用較為廣泛，但在圖像采集、果樹授粉以及疏花疏果等領(lǐng)域的應(yīng)用還相對(duì)較少，其應(yīng)用范圍目前還不夠廣泛。

5 未來展望

5.1 高精度定位

無人機(jī)在實(shí)施作業(yè)和執(zhí)行任務(wù)時(shí)，需要精準(zhǔn)的導(dǎo)航與準(zhǔn)確的定位。因此，科研部門應(yīng)加大對(duì)無人機(jī)的研制，持續(xù)優(yōu)化導(dǎo)航技術(shù)，確保無人機(jī)能在復(fù)雜的果園環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高精度定位，并精確控制其飛行軌跡和方向，以適應(yīng)未來多樣化操作的需求。

5.2 高效能電池研發(fā)

無人機(jī)在果樹生產(chǎn)中的應(yīng)用主要包括果園監(jiān)測管理、病蟲害防控、果實(shí)采摘以及運(yùn)輸?shù)确矫?。?shí)施這些作業(yè)，需要高效的供電系統(tǒng)以支持無人機(jī)的長時(shí)間飛行。目前所用電池面臨質(zhì)量大、充電時(shí)間較長以及容量小等諸多不足。因此要切實(shí)加快高效能電池的研發(fā)進(jìn)度，提升電池的充電能力，延長電池的壽命，保障無人機(jī)在作業(yè)中能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、長時(shí)間地飛行。

5.3 加大研發(fā)投入

政府應(yīng)增加對(duì)植保無人機(jī)及其專用農(nóng)藥的研發(fā)投資補(bǔ)助，并落實(shí)好有關(guān)無人機(jī)的購置補(bǔ)貼政策。同時(shí)，還需加強(qiáng)對(duì)專業(yè)操作人員的培訓(xùn)，以擴(kuò)大無人機(jī)在現(xiàn)代果園的應(yīng)用范圍，使其功能從病蟲監(jiān)測和噴藥逐步擴(kuò)展到資源調(diào)查、果樹授粉以及疏花疏果等諸多方面。無人機(jī)作為一種高科技、新型先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，隨著科技的不斷進(jìn)步，無人機(jī)和其他現(xiàn)代化果園機(jī)械將逐步替代傳統(tǒng)的人工勞動(dòng)力，為果農(nóng)管理果園提供便利。

6結(jié)語

無人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代果園中推廣應(yīng)用越來越廣泛，使用無人機(jī)可以監(jiān)測果樹的生長狀況和異常情況，分析病蟲害的發(fā)生原因，以便更好地提高防治水平。另外還能夠幫助果農(nóng)實(shí)施果實(shí)采收和運(yùn)輸。無人機(jī)的使用降低了果樹生產(chǎn)管理的成本，提升了果品的品質(zhì)，從而增加了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。盡管無人機(jī)技術(shù)目前面臨一些困難和挑戰(zhàn)，但通過不斷的創(chuàng)新發(fā)展，加大研發(fā)力度，就可以切實(shí)解決無人機(jī)的導(dǎo)航與定位、高效能電池技術(shù)等方面的相關(guān)問題，使無人機(jī)在現(xiàn)代果園中發(fā)揮更大的作用，為林果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展增加動(dòng)力。