農(nóng)業(yè)無人機技術在國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀,農(nóng)業(yè)機械化論文

農(nóng)業(yè)無人機技術在國內(nèi)外的應用現(xiàn)在狀況,農(nóng)業(yè)機械化論文作為一個農(nóng)業(yè)大國，我們國家農(nóng)業(yè)面臨著農(nóng)業(yè)體系龐大、人口不斷增長、農(nóng)產(chǎn)品供應安全等問題。我們國家部分的農(nóng)業(yè)種植仍維持在靠天吃飯、人力改進有限的階段，擁有大面積土地的種植戶已逐步向機械化種植轉(zhuǎn)變，而以國有農(nóng)場為代表的種植集體，已經(jīng)開場向農(nóng)業(yè)當代化、農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展，對農(nóng)業(yè)高新技術的需求已提上日程。農(nóng)情遙感技術是以衛(wèi)星或無人機為載體、以遙感技術為主體對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行實時、全面的監(jiān)測分析的技術。將無人機技術及遙感技術引用到農(nóng)業(yè)中是一個極為成功的領域穿插合作，低空無人機能夠彌補傳統(tǒng)監(jiān)測設備的作業(yè)范圍小、實時監(jiān)測難等問題，又彌補了衛(wèi)星遙感的工作成本高、受天氣狀況影響較大等問題;而遙感技術的應用則使無人機實現(xiàn)了對目的實時定量、定性、定位的描繪敘述分析，以此獲得的農(nóng)田數(shù)據(jù)能夠幫助農(nóng)田管理者做到變量投入，減少農(nóng)藥化肥使用，進而進一步解決我們國家耕地面積少、水資源短缺、環(huán)境壓力大等問題。為此，本文將從國內(nèi)外農(nóng)業(yè)領域無人機應用及我們現(xiàn)有的農(nóng)用無人機監(jiān)測手段出發(fā)，對無人機在農(nóng)業(yè)中的應用進展進行闡述。1農(nóng)業(yè)無人機技術在國外的應用現(xiàn)在狀況現(xiàn)有農(nóng)業(yè)無人機技術在國外已經(jīng)成為農(nóng)田監(jiān)測的中堅氣力，作業(yè)中大量無人機監(jiān)測、作業(yè)手段的應用已極大地加快了國外精準農(nóng)業(yè)、信息化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。1．1農(nóng)田植被數(shù)據(jù)監(jiān)測2002年，美國宇航局的Pathfinder－Plus太陽能無人機駕駛飛行器應用在Kauai咖啡公司的1500hm2種植區(qū)，其搭載高分辨率彩色多光譜成像儀，拍攝到的圖像實時傳輸?shù)接嬎銠C，進行加強和分析，以監(jiān)督雜草爆發(fā)、暴露灌溉及施肥異常等情況。太陽能無人駕駛飛機的特點是時效性好、作業(yè)成本低、安全性高，聯(lián)合全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)及全球地理信息系統(tǒng)(GIS)的使用使效益大大提高，在提高產(chǎn)量、質(zhì)量的同時可控制成本。在西班牙，已有開場使用無人飛行器搭載光譜設備，測試在400～800nm光譜區(qū)內(nèi)葉片的胡蘿卜素含量。2020年，JosManuelPen～amail使用無人機攜帶近紅外多光譜相機對玉米田的雜草覆蓋率進行分析。實驗表示清楚，使用無人機采集到的遠程光譜圖像是常規(guī)機載圖像及衛(wèi)星圖像無法比較的。其生成了一個雜草的網(wǎng)絡構造，對雜草覆蓋的估計圖像分析獲得了令人滿意的結(jié)果。經(jīng)過計算機分析，得到了當年除草劑的合理使用分析結(jié)果，并進行了除草劑的需求和總體成本提早管理操作。1．2農(nóng)田土壤分析及規(guī)劃近些年，國外對無人機在土壤監(jiān)測分析中的價值日益重視。采用無人機對土壤監(jiān)測分析減少了種植經(jīng)過中的不必要困難，對農(nóng)業(yè)種植的前期規(guī)劃起到了至關重要的作用。21世紀初期，法國學者AmlieQuiquerez使用無人飛行器監(jiān)測農(nóng)田土壤外表特征對環(huán)境侵蝕的影響，描繪敘述了一種新的方式方法來映射5cm的空間分辨率下土壤外表構造，聯(lián)合無人機圖像分類獲得非常高的空間分辨率與當?shù)赝寥啦蓸?，為土壤形式和栽培山坡水土流失分析的描繪敘述提供了新的見解。這種方式已經(jīng)應用于Burgundy葡萄園，如今已有近10年的土壤侵蝕數(shù)據(jù)可用。1．3農(nóng)田噴灑方面的研究20世紀90年代，日本開場將遙控直升機用于果樹、大田作物和蔬菜的農(nóng)藥噴施作業(yè)中，進而實現(xiàn)了合理施肥，保證了農(nóng)作物品質(zhì)。自1990年日本千山公司推出了第1款用于噴灑農(nóng)藥的無人機之后，由于其尺寸小、作業(yè)靈敏、噴灑效果好，極其適應日本的農(nóng)業(yè)種植面積小、地塊分散的特點，因而無人機噴灑作業(yè)已在日本廣泛使用并獲得良好效果。研究證明，無人機噴灑農(nóng)藥具有其他噴灑方式不具備的優(yōu)勢，如液滴霧化程度高、霧滴流場的輸運特性獨特、霧滴穿透性好等。當前，發(fā)達國家對無人機噴灑農(nóng)藥的特點主要在兩方面:一是建立霧滴的分布數(shù)學模型;二是無人機利用GPS進行精到準確作業(yè)規(guī)劃，最終施行精到準確施藥且防止漏噴、重噴現(xiàn)象的發(fā)生。例如，AGDISP軟件能夠細致地模擬航空噴霧的整個經(jīng)過，還能夠模擬蒸發(fā)速度、風速以及霧滴尺寸和氣流對沉降效果的影響，加拿大把這個軟件應用于植物保衛(wèi)等方面的研究。2農(nóng)業(yè)無人機技術在國內(nèi)的應用現(xiàn)在狀況近些年，我們國家也開場在農(nóng)業(yè)領域應用無人機作業(yè)，在農(nóng)業(yè)保險賠付、小面積農(nóng)田的農(nóng)藥噴施、農(nóng)情監(jiān)測等方面都獲得了一定的進展。當前，根據(jù)現(xiàn)有農(nóng)情需求，我們國家著力發(fā)展低空無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)，彌補我們國家農(nóng)業(yè)領域內(nèi)對農(nóng)田實時監(jiān)測的缺乏。2．1無人機土壤濕度監(jiān)測土壤濕度是水文、生態(tài)、農(nóng)業(yè)等方面研究的重要指標，它直接地控制著陸面和大氣之間水分及熱量的輸送和平衡。監(jiān)測區(qū)域土壤濕度有利于控制區(qū)域內(nèi)的水澇、干旱及農(nóng)作物生態(tài)長勢評估。傳統(tǒng)的土壤濕度監(jiān)測站不能知足大面積、長期的土壤濕度動態(tài)實時監(jiān)測的要求，限制了其在農(nóng)業(yè)信息化、自動化方面的發(fā)展及應用，而光學設備在高空中會遭到云層的阻礙，使高空飛行設備的應用遭到了限制，因而無人機的應用成為了解決問題的關鍵。無人機搭載可見光－近紅外光設備作為檢測手段，通過比照圖像的各種空間分析特性，得到提高土壤濕度與包含信息的相關系數(shù)，保證了所建立的模型的高準確性，完成了土壤濕度的合理化監(jiān)測。使用無人機進行土壤濕度監(jiān)測具有成本低、時效性好、方便攜帶等多方面優(yōu)點，在我們國家土地遼闊、地形類別復雜的前提下具有很好的實用價值。2．2無人機在農(nóng)田噴灑方面的研究近年來，我們國家農(nóng)田航空噴灑也逐步引入了無人機，在20世紀50年代開場了航空農(nóng)業(yè)噴灑的研究及應用，主要對森林、農(nóng)墾區(qū)進行大規(guī)模的農(nóng)田噴灑作業(yè)。我們國家擁有農(nóng)用有人駕駛固定翼噴灑飛機140余架、直升機60余架，但仍有較多地區(qū)不合適使用大型有人噴灑飛機，使無人機噴灑成了一個新興的農(nóng)用設備產(chǎn)業(yè)。固然農(nóng)業(yè)用噴灑無人機在我們國家仍處于剛剛起步的階段，但噴灑無人機的應用將成為近年來發(fā)展最快的一個新興領域。2．3無人機在植被覆蓋度方面的監(jiān)測研究植被覆蓋度是描繪敘述地表植被分布的重要參數(shù)，在分析植被覆蓋參數(shù)、評價區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境方面具有重要意義，對指導農(nóng)作物生產(chǎn)具有極高的預測價值。隨著我們國家精準農(nóng)業(yè)的推廣及發(fā)展，依靠遙感檢測農(nóng)作物覆蓋率變化已成為一個具有重要意義的監(jiān)測手段。衛(wèi)星光學遙感和人工地面采集數(shù)字影像作為我們國家的植被覆蓋統(tǒng)計工作的通常做法，存在著易受云層遮擋的缺陷，且成本較高;而人工地面采集數(shù)字影像在受天氣影響的同時又無法知足空間分辨率及時間分辨率的要求，在大面積范圍應用時耗時耗力、效率較低。低空無人機的出現(xiàn)很好地彌補了衛(wèi)星遙感的缺乏，提高了人工地面采集數(shù)字影響的效率，減少了人工及時間的浪費，提高了植被覆蓋率監(jiān)測的準確性。我們國家已將無人機監(jiān)測植被覆蓋率的手段應用到了冬小麥的覆蓋率研究工作中，得到的數(shù)據(jù)即可監(jiān)測冬小麥的覆蓋率變化，又能夠針對研究區(qū)域動態(tài)獲取植被指數(shù)的閾值。2．4無人機在農(nóng)業(yè)其他領域中的應用將無人機應用到農(nóng)業(yè)保險賠付中，解決了農(nóng)業(yè)保險賠付中勘察定損難、缺少時效性等問題，大大提高了勘察工作的速度，節(jié)約了大量的人力物力，在提高效率的同時確保了農(nóng)田賠付勘察的準確性。農(nóng)場管理規(guī)劃系統(tǒng)也是農(nóng)田生產(chǎn)中一個重要的組成部分。在現(xiàn)有的管理監(jiān)測方式中，分為以有線技術搭建的傳感器監(jiān)測系統(tǒng)及以無線技術搭建的監(jiān)測系統(tǒng)兩種。無線監(jiān)測系統(tǒng)較有線系統(tǒng)相比具有監(jiān)測、傳輸距離長的優(yōu)點，但在大型農(nóng)場中做到大面積監(jiān)測仍需要極高的設備成本。相比而言，無人機飛行平臺搭載CCD相機、近紅外設備與地面基站組成的低空監(jiān)測系統(tǒng)，成本低、監(jiān)測面積更大、全面性更強，配合地面實時監(jiān)測傳感器，能夠使農(nóng)場的管理愈加立體化，具有更好的實用性及經(jīng)濟性，是將來農(nóng)業(yè)管理的新方向。我們國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，無人機作為監(jiān)測手段及獲取信息的工具已經(jīng)扮演了越來越重要的角色，在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展趨勢已使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過向信息化、自動化、時效化發(fā)展，所提供的農(nóng)業(yè)參數(shù)也將不斷地服務于我們國家農(nóng)業(yè)發(fā)展，使我們國家的精準農(nóng)業(yè)進程不斷加速。3無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢首先，無人機作業(yè)效率高，有利于規(guī)模化的生產(chǎn)。我們國家南京農(nóng)機研究所的農(nóng)用無人機在進行水稻田清理病蟲害的農(nóng)藥噴灑工作中，能夠到達1500hm2/h的作業(yè)速度，平均天天作業(yè)7500～15000hm2，是地面機械的數(shù)倍，更是人工噴灑的數(shù)十倍。其次，農(nóng)用無人機的使用減少了農(nóng)藥對農(nóng)民的傷害。以玉米粘蟲病蟲害為例，2020年東北地區(qū)爆發(fā)玉米粘蟲災禍，因設備缺乏、作業(yè)效率低等問題，很多農(nóng)民人工噴灑農(nóng)藥，出現(xiàn)了多起農(nóng)民因農(nóng)藥中毒而死亡的事件。無人機的使用不僅能夠替代人工噴灑農(nóng)藥，更能夠提早分析、預防病蟲害的發(fā)生，做到預防與作業(yè)雙管齊下。第三，無人機相比于價值數(shù)百萬的載人農(nóng)用飛機及大面積鋪設的監(jiān)測設備來講價格比擬低廉，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)之后無人機的價格只要十幾萬，其價格低廉及便于操控的特點使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遭到了廣泛的關注。最后，無人機相比于現(xiàn)有機械最大的優(yōu)勢在于其適應性強、適用范圍廣，尤其是在旱澇地區(qū)、丘陵山地等常規(guī)機械無法觸及的區(qū)域，無人機具有極大的優(yōu)勢，且相比于高空飛行設備具有受云層和天氣影響小的特點。4結(jié)束語針對無人機在國內(nèi)外農(nóng)業(yè)中的應用及影響進行了分析介紹，指出無人機在農(nóng)業(yè)中的應用必將促進農(nóng)發(fā)業(yè)航空化、信息化及精準化的發(fā)展，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有預測、快速反響、實時監(jiān)測及高效率應對的新特點。農(nóng)業(yè)中無人機對環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)藥噴灑、農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)建立等方面所起到的作用具有重要的意義，無人機與農(nóng)業(yè)的結(jié)合牽涉了航空、農(nóng)業(yè)、光學等多個學科知識的穿插，可促使無人機航空農(nóng)業(yè)朝更好的方向發(fā)展。以下為參考文獻:［1］程黔．我們國家農(nóng)情遙感產(chǎn)業(yè)化應用初探［J］．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)瞻望，2018(11):39－44．［2］吳炳方．中國農(nóng)情遙感速報系統(tǒng)［J］．遙感學報，2004，8(6):4