張黎黎

中國(guó)是一個(gè)人多地少、人均耕地面積匱乏的農(nóng)業(yè)大國(guó)，用有限的耕地在不過(guò)度使用化肥和農(nóng)藥的前提下產(chǎn)出更多的糧食，從而發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、消除饑餓、實(shí)現(xiàn)糧食安全，無(wú)人機(jī)技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的有效途徑之一。無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）最早應(yīng)用于軍事，自20世紀(jì)90年代以來(lái)無(wú)人機(jī)逐漸開(kāi)始民用。目前，無(wú)人機(jī)主要應(yīng)用于航拍測(cè)繪、搶險(xiǎn)救災(zāi)、農(nóng)業(yè)植保、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、電力巡檢等方面，無(wú)人機(jī)技術(shù)行業(yè)應(yīng)用的探索與拓展一直是近年來(lái)學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。

1 無(wú)人機(jī)在噴施飛防方面的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著農(nóng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在水稻生產(chǎn)中利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行噴施飛防作業(yè)得到了大范圍的普及。在國(guó)內(nèi)，很多農(nóng)戶已經(jīng)開(kāi)始使用無(wú)人機(jī)對(duì)水稻噴施葉面肥、殺菌劑、殺蟲劑等藥劑進(jìn)行田間管理作業(yè)。有學(xué)者研究了多旋翼無(wú)人機(jī)霧滴在水稻冠層的分布規(guī)律，結(jié)果表明，多旋翼無(wú)人機(jī)噴施的霧滴在水稻冠層分布的均勻性和穿透性都十分理想。大量研究表明，無(wú)人機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的噴霧霧滴粒徑小，在水稻冠層單位面積藥劑沉積量大，分布均勻性好，能夠很好地滿足作業(yè)要求。此外，農(nóng)用無(wú)人機(jī)與地面?zhèn)鹘y(tǒng)作業(yè)機(jī)械相比在水稻田間開(kāi)展作業(yè)不受地形限制，可以保護(hù)作業(yè)人員免受吸入藥劑的風(fēng)險(xiǎn)，并且可以減少勞動(dòng)力的使用，降低管理成本，大幅提高水稻田間管理效率。并且能夠極大地縮減農(nóng)藥和化肥的用量，進(jìn)一步響應(yīng)了國(guó)家農(nóng)業(yè)部提出的“雙減（減肥減藥）”政策。

2 無(wú)人機(jī)在農(nóng)情監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)的稻田農(nóng)情信息采集和獲取主要依靠人工來(lái)完成，這不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且結(jié)果易受到人為主觀性影響。同時(shí)，以“點(diǎn)”為監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)方式已經(jīng)難以滿足在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的大背景下對(duì)大面積農(nóng)田農(nóng)情監(jiān)測(cè)的需求。無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)以其空間分辨率高、機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng)、重訪周期短等特點(diǎn)，使準(zhǔn)確、高效、能夠以“面”為對(duì)象的農(nóng)情監(jiān)測(cè)方式成為可能。在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中，葉綠素水平、氮素含量等的變化會(huì)引起水稻冠層對(duì)光的反射率的變化，這是利用無(wú)人機(jī)對(duì)水稻等作物進(jìn)行農(nóng)情監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)。使用無(wú)人機(jī)對(duì)稻田進(jìn)行農(nóng)情監(jiān)測(cè)大致可分為兩種手段：一種是使用無(wú)人機(jī)搭載數(shù)碼相機(jī)獲取農(nóng)田的數(shù)碼影像，使用Pix4Dmapper、大疆制圖等軟件對(duì)圖像進(jìn)行拼接，之后通過(guò)圖像中的顏色信息、紋理信息、特征信息，運(yùn)用圖像處理技術(shù)或建立相關(guān)模型得到農(nóng)學(xué)參數(shù)；另一種方法是使用無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載光譜儀獲取作物的光譜影像，該方法相比上述方法而言，彌補(bǔ)了普通RGB影像顏色波段少的不足，所得到的光譜影像信息量大大提高，所得結(jié)果更為精細(xì)準(zhǔn)確。有學(xué)者利用無(wú)人機(jī)搭載高光譜相機(jī)獲取了水稻分蘗期冠層高光譜圖像，利用深度學(xué)習(xí)算法較為準(zhǔn)確地獲取了水稻氮素、葉綠素的相對(duì)含量，并建立了水稻關(guān)鍵追肥節(jié)點(diǎn)的追施量決策模型，在不影響產(chǎn)量的前提下，相比傳統(tǒng)的追肥方式使氮肥追施量減少約30%。

3 無(wú)人機(jī)平臺(tái)配置

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外無(wú)人機(jī)行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，涌現(xiàn)出一大批自主創(chuàng)新力強(qiáng)的無(wú)人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，其中以我國(guó)的深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司、廣州極飛科技股份有限公司、廣州億航智能技術(shù)有限公司，美國(guó)的3D Robotics公司、法國(guó)的Parrot公司等為代表。

目前可供選擇的植保無(wú)人機(jī)品類較多，行業(yè)領(lǐng)先的是由大疆創(chuàng)新公司研發(fā)生產(chǎn)的T30系列。該植保無(wú)人機(jī)擁有由8組電磁閥進(jìn)行獨(dú)立控制的16噴頭，可載重30公斤藥箱，最優(yōu)噴幅為9米，大田噴灑效率達(dá)240畝/小時(shí)。在無(wú)人機(jī)光譜數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)方面，業(yè)界使用較多的無(wú)人機(jī)光譜平臺(tái)為深圳大疆創(chuàng)新公司生產(chǎn)的經(jīng)M300、M600PRO六旋翼無(wú)人機(jī)等。高光譜儀多采用四川雙利合譜公司生產(chǎn)的GaiaSky-mini高光譜成像系統(tǒng)、芬蘭Rikola高光譜相機(jī)等。