謝堯慶，鄧?yán)^忠，葉家杭，霍靜朗，嚴(yán)智威

(國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心/華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州市，510642)

0 引言

近年來(lái)，民用無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，已逐步應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，如直播、巡檢和農(nóng)業(yè)植保等。截至2020年底，我國(guó)實(shí)名登記無(wú)人機(jī)52.36萬(wàn)架，2021年底全球無(wú)人機(jī)市場(chǎng)將超過(guò)120億美元[1]。伴隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，作為無(wú)人機(jī)“眼睛”的無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)也與時(shí)俱進(jìn)。無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)可把自帶影像設(shè)備采集的影像信息及時(shí)傳輸?shù)降孛娑斯┓治霾⒖刂茻o(wú)人機(jī)完成特定的任務(wù)[2]，目前大多數(shù)無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離圖傳，但是在畫(huà)質(zhì)和傳輸速率上還不能完全滿足一些行業(yè)對(duì)高清實(shí)時(shí)的更高要求。5G技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用研究則為無(wú)人機(jī)圖傳在畫(huà)質(zhì)和傳輸速率上的突破帶來(lái)了契機(jī)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)5G無(wú)人機(jī)圖傳的研究及應(yīng)用主要放在高清視頻直播和巡檢方面，隨著5G應(yīng)用于圖傳的發(fā)展，必將推動(dòng)無(wú)人機(jī)在多個(gè)行業(yè)的深入應(yīng)用[3]，例如，5G無(wú)人機(jī)圖傳和植保無(wú)人機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)植保無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)對(duì)靶噴灑。

目前國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用階段，在作物的病蟲(chóng)草害防控中發(fā)揮了重大作用[4]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年植保無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)保有量已達(dá)10萬(wàn)架。目前，植保無(wú)人機(jī)噴灑作業(yè)正在向精準(zhǔn)施藥、方向發(fā)展，如果將5G技術(shù)引入無(wú)人機(jī)圖傳并應(yīng)用到植保無(wú)人機(jī)上，將在對(duì)靶噴灑研究方面取得突破。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已研究的植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑過(guò)程通常分為兩個(gè)步驟，一是農(nóng)情的低空遙感分析并生成處方圖，二是植保無(wú)人機(jī)根據(jù)處方圖對(duì)靶噴灑。無(wú)人機(jī)圖傳采用5G技術(shù)后可簡(jiǎn)化植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑流程。

鑒于此，本文基于植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑對(duì)無(wú)人機(jī)圖傳技術(shù)的需求，首先介紹無(wú)人機(jī)圖傳的幾種技術(shù)，介紹國(guó)內(nèi)外5G無(wú)人機(jī)圖傳技術(shù)和植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出研究存在的問(wèn)題，最后提出結(jié)合5G無(wú)人機(jī)圖傳技術(shù)發(fā)展植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑技術(shù)的研究建議。

1 無(wú)人機(jī)圖傳技術(shù)

1.1 5G無(wú)人機(jī)圖傳

1.1.1 5G無(wú)人機(jī)圖傳框架

利用5G實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)和地面端的圖傳，無(wú)人機(jī)端用5G模組將無(wú)人機(jī)端接入網(wǎng)絡(luò)，借助中轉(zhuǎn)服務(wù)器進(jìn)行無(wú)人機(jī)端和地面端數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)。云服務(wù)器充當(dāng)中轉(zhuǎn)服務(wù)器，其管理方式比物理服務(wù)器更簡(jiǎn)單高效[5]。RaspberryPi和Jetson TX2等可作為無(wú)人機(jī)的嵌入式平臺(tái)，需要將嵌入式開(kāi)發(fā)板和5G模組進(jìn)行兼容性配置，以便讓無(wú)人機(jī)端接入到5G網(wǎng)絡(luò)，來(lái)進(jìn)行與地面端的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。具體框架如圖1所示。

圖1 5G無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)框圖

1.1.2 5G網(wǎng)絡(luò)下無(wú)人機(jī)視頻流傳輸

視頻流通常采用UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸，而精確數(shù)據(jù)則通常使用TCP進(jìn)行傳輸[6]。地面端使用Qt Creator作為IDE進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，主要涉及功能有可視化界面設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)編程、視頻流編解碼以及一些線程設(shè)計(jì)的問(wèn)題。地面端具體功能需求如表1所示。無(wú)人機(jī)端移植無(wú)線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，使用5G模組使無(wú)人機(jī)端接入5G網(wǎng)絡(luò)。軟件部分添加視頻采集編碼、網(wǎng)絡(luò)通信、轉(zhuǎn)發(fā)控制指令等功能。無(wú)人機(jī)端具體功能需求如表2所示。

表1 地面端功能需求表

表2 無(wú)人機(jī)端功能需求表

在實(shí)際利用5G信號(hào)進(jìn)行無(wú)人機(jī)圖傳的過(guò)程中，利用機(jī)載攝像頭采集實(shí)時(shí)圖像，圖像經(jīng)過(guò)編碼后通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)孛娑耍鐖D2所示。

圖2 實(shí)時(shí)視頻流傳輸圖

1.2 4G無(wú)人機(jī)圖傳

利用4G網(wǎng)絡(luò)傳輸，無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)采用C/S軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為發(fā)送模塊、服務(wù)器模塊和PC監(jiān)控端三部分[7]，如圖3所示。

圖3 基于4G的無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)框圖

發(fā)送端USB攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)RTSP流媒體協(xié)議封裝發(fā)送至服務(wù)器端，PC監(jiān)控端通過(guò)RTSP流媒體協(xié)議接收服務(wù)器端的數(shù)據(jù)顯示完整的視頻信息。此架構(gòu)下借助4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)人機(jī)圖傳，傳輸速率能達(dá)到300 kb/s,在傳輸畫(huà)質(zhì)上能達(dá)到720 p,傳輸時(shí)延能控制在在400 ms左右[8-10]。

1.3 其他信號(hào)圖傳

1)OFDM技術(shù)。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，是多載波調(diào)制的一種，該技術(shù)適合于高速數(shù)據(jù)的傳輸[11]。優(yōu)點(diǎn)是在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)、能夠?qū)诡l率選擇性衰落或窄帶干擾等等。但也存在載波頻率偏移、對(duì)相位噪聲和載波頻偏十分敏感、峰均比比較高的缺點(diǎn)。

2)COFDM技術(shù)。COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即編碼的OFDM，在進(jìn)行OFDM調(diào)制之前增加一些信道編碼(主要是增加糾錯(cuò)和交織)，來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性[12-13]。

3)WiFi傳輸視頻流方式。在無(wú)人機(jī)機(jī)載攝像頭視頻輸出端口上連接傳輸圖像信號(hào)的WiFi發(fā)射器，地面上設(shè)置接收WiFi信號(hào)的天線，將接收到的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)碼并在連接的顯示器顯示畫(huà)面[14-15]。在WiFi傳輸機(jī)制下，每個(gè)數(shù)據(jù)包必須都完整無(wú)誤地傳輸。一旦數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或丟失，就需要重新發(fā)送數(shù)據(jù)包保證數(shù)據(jù)的完整性與一致性。

4)Lightbridge高清遠(yuǎn)距離數(shù)字圖傳技術(shù)。Lightbrige技術(shù)使用單向圖像數(shù)據(jù)傳輸，類似于高處的電視廣播塔的數(shù)據(jù)傳輸形式[16]?；诖颂匦裕瑘D傳時(shí)延在100～200 ms之間，不僅可以最小化傳輸時(shí)延，還可以最大化傳輸距離。

1.4 5G無(wú)人機(jī)圖傳的優(yōu)勢(shì)

目前4G已經(jīng)難以滿足無(wú)人機(jī)高清實(shí)時(shí)圖傳的應(yīng)用需求，而5G具有超高速度、超低延時(shí)等特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)4G的不足[17]。關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比如表3所示，5G用戶體驗(yàn)速率更快，可達(dá)到1 Gb/s，是4G的100倍；連接數(shù)量密度更高，可達(dá)到100萬(wàn)/km2，是4G的10倍；空口時(shí)延更低，可低至1ms，是4G的1/10。除此之外，5G還具有500 km/h的移動(dòng)性、10 Tbps/km2的流量密度、20 Gbps/s高峰值速率等關(guān)鍵指標(biāo)[18]，各項(xiàng)指標(biāo)相較于4G都有極大提升?；?G這些特性的無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的高清實(shí)時(shí)圖傳，進(jìn)一步拓展無(wú)人機(jī)在各領(lǐng)域應(yīng)用的深度和廣度。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，若將5G圖傳技術(shù)應(yīng)用在植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑中，能極大簡(jiǎn)化對(duì)靶噴灑的流程。

表3 5G和4G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比

2 5G無(wú)人機(jī)圖傳及植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑研究現(xiàn)狀

2.1 5G無(wú)人機(jī)圖傳研究現(xiàn)狀

利用5G技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行圖傳，需對(duì)無(wú)人機(jī)端進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使機(jī)載端連入到5G網(wǎng)絡(luò)，將無(wú)人機(jī)采集的信息通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛娑恕?/p>

2.1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)5G無(wú)人機(jī)圖傳已有較廣泛的應(yīng)用和研究，Koumaras等[19]提出了一種利用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)臒o(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于5G網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)平臺(tái)，與安裝在無(wú)人機(jī)上的通信模塊進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程控制。Khan等[20]提出了通過(guò)5G無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路巡檢的思路，并在輸電線路智能巡檢系統(tǒng)研發(fā)的實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)利用5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸電線路進(jìn)行超長(zhǎng)距離低時(shí)延的全自動(dòng)智能巡檢，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的故障診斷和智能分析。Mahbub[21]在文獻(xiàn)中分析了無(wú)人機(jī)在5G網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行圖傳的幾個(gè)性能指標(biāo)(路徑損耗、衰減和傳輸速率)，以保證圖傳范圍更好的覆蓋，提高傳輸效率，最后討論了無(wú)人機(jī)利用5G網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)以及進(jìn)一步增強(qiáng)無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)接收范圍的方法。Dm等[22]提出了一種基于5G網(wǎng)絡(luò)的超遠(yuǎn)距離無(wú)人機(jī)通信控制系統(tǒng)，由后臺(tái)應(yīng)用軟件、無(wú)人機(jī)終端通信控制系統(tǒng)和起降服務(wù)臺(tái)通信控制系統(tǒng)等部分組成，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與地面基站之間的指令傳輸和信息反饋，能夠超遠(yuǎn)程控制無(wú)人機(jī)。

2.1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前，5G圖傳技術(shù)在國(guó)內(nèi)已有利用在無(wú)人機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高清直播和巡檢的嘗試。陳曉婷等[23]利用機(jī)載攝像頭采集實(shí)時(shí)圖像，得到的圖像經(jīng)過(guò)編碼后通過(guò)機(jī)載5G模塊傳輸至中轉(zhuǎn)服務(wù)器，地面端從中轉(zhuǎn)服務(wù)器獲取信息，實(shí)現(xiàn)了地面端與無(wú)人機(jī)端的實(shí)時(shí)圖像傳輸。鄭杰等[24]采用具備網(wǎng)絡(luò)接口視頻輸出的4K高清攝像設(shè)備，無(wú)人機(jī)搭載5G CPE(customer premise equipment，客戶前端設(shè)備)，在空中實(shí)現(xiàn)5G信息鏈路的鏈接，將機(jī)載4K視頻數(shù)據(jù)通過(guò)5G基站傳輸?shù)降孛娼K端，實(shí)現(xiàn)4K高清視頻的實(shí)時(shí)傳輸，傳輸碼率在5～17.8 Mb/s之間。王浩宇等[25]將無(wú)人機(jī)和地面控制臺(tái)通過(guò)自有鏈路傳輸飛行控制信號(hào)，無(wú)人機(jī)的外掛云臺(tái)通過(guò)5G模組與基站直連，視頻數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至核心網(wǎng)，地面用戶登錄核心網(wǎng)獲取視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)高清視頻的直播。劉沖等[26]設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)全自動(dòng)巡檢系統(tǒng)，包括5G無(wú)人機(jī)、全自動(dòng)機(jī)場(chǎng)及在無(wú)人機(jī)上搭載高倍攝像頭、激光、紅外線熱成像吊艙等設(shè)備，同輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢平臺(tái)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)全自動(dòng)巡檢。于海洋等[27]通過(guò)機(jī)載通信終端進(jìn)行任務(wù)載荷視頻傳輸，依托5G高速網(wǎng)絡(luò)機(jī)載硬件編碼器、智能流媒體管理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)4K視頻的高速傳輸。

2.2 植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑研究現(xiàn)狀

植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑是一種精準(zhǔn)、低量、高效的施藥技術(shù)，從目前對(duì)靶噴灑的研究來(lái)看，需要獲取農(nóng)田的可見(jiàn)光或多光譜低空遙感圖像，處理后形成正射圖像，分析正射圖像得到農(nóng)田的病蟲(chóng)草害程度或等級(jí)分布信息，進(jìn)而得到將農(nóng)田分成小區(qū)的作業(yè)處方圖，最終植保無(wú)人機(jī)根據(jù)處方圖進(jìn)行對(duì)靶噴灑[28]。

2.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外學(xué)者在對(duì)農(nóng)田信息進(jìn)行獲取和生成處方圖進(jìn)行了相關(guān)研究。Liebisch等[29]將低空高通量遙感平臺(tái)應(yīng)用于育種領(lǐng)域，利用無(wú)人飛艇獲取玉米的紅綠藍(lán)RGB(Red、Green、Blue)數(shù)碼影像、植被指數(shù)影像和熱影像，建立植物植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)、葉面積指數(shù)、生物量和葉綠素等的關(guān)系模型。Sindhuja等[30]利用無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)搭載普通RGB3通道數(shù)碼相機(jī)和改造過(guò)的NDVI、近紅、綠和藍(lán)4通道相機(jī)，監(jiān)測(cè)了冬小麥出苗、冬季耐寒性。Zaman-Allah等[31]利用固定翼無(wú)人機(jī)搭載ADC-Lite多光譜相機(jī)對(duì)低氮情況下玉米表型空間變化進(jìn)行評(píng)估，建立并分析了作物歸一化植被指數(shù)與成熟度、產(chǎn)量之間的關(guān)系模型。Che等根據(jù)多光譜圖像和正射投影圖像，生成第一圖像數(shù)據(jù)，從正射投影圖像中的像元獲取位置屬性，從多光譜圖像中提取到的像元值用于表征位置屬性對(duì)應(yīng)區(qū)域的水稻生長(zhǎng)情況，然后根據(jù)第一圖像數(shù)據(jù)內(nèi)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)像元確定對(duì)應(yīng)的作業(yè)處方圖。

植保無(wú)人機(jī)根據(jù)處方圖中的相關(guān)信息，實(shí)時(shí)調(diào)整施藥量，實(shí)現(xiàn)按需、按量的對(duì)靶噴灑，國(guó)外已開(kāi)展了這方面的研究。Palleja等[32]設(shè)計(jì)的基于高速掃描傳感器的變量施藥系統(tǒng)，每個(gè)噴頭由PWM(Pulse Width Modulation，PWM)電磁開(kāi)關(guān)控制，可根據(jù)植被高度、冠層信息實(shí)時(shí)調(diào)整施藥量。Hossein等設(shè)計(jì)的變量施藥控制系統(tǒng)可以為農(nóng)田管理者提供基礎(chǔ)的飛行指令、飛行日志和施藥量控制策略等功能，并通過(guò)氣象傳感器實(shí)時(shí)接收、處理氣象信息，從而減少施藥過(guò)程中農(nóng)藥的浪費(fèi)，極大優(yōu)化噴灑質(zhì)量。Shalal等[33]根據(jù)處方圖建立施藥噴嘴直徑、施藥角度、施藥系統(tǒng)壓力和飛行機(jī)構(gòu)的飛行速度與施藥量之間的模型，對(duì)施藥液滴沉積和施藥液滴飄移的影響因素進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果表明施藥液滴沉積和施藥液滴飄移在該模型下的結(jié)果接近實(shí)際情況，滿足試驗(yàn)需求。

2.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)的一些研究者對(duì)處方圖生成技術(shù)進(jìn)行了探索。于豐華等[34]利用記載高光譜成像儀配套的SpectraVIEW軟件對(duì)遙感圖像進(jìn)行處理，最終生成處方圖來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)進(jìn)行對(duì)吧噴灑作業(yè)；漆海霞等[35]使用無(wú)人機(jī)搭載多光譜以及地物波譜儀獲取農(nóng)情信息并生成施藥處方圖；鄭啟帥[36]對(duì)測(cè)試作業(yè)區(qū)域中的經(jīng)緯度信息進(jìn)行提取，提出了一種經(jīng)過(guò)坐標(biāo)系變換的高效處方圖算法；李冰等[37]利用低空無(wú)人直升機(jī)上搭載的多光譜相機(jī)，生成處方圖用于檢測(cè)冬小麥覆蓋情況，研究了空間尺度和提取植被覆蓋度精度的關(guān)系。楊貴軍等[38]在多旋翼無(wú)人機(jī)上集成高清數(shù)碼相機(jī)、多光譜儀和熱像儀等多個(gè)傳感器，研究并實(shí)現(xiàn)無(wú)地面控制點(diǎn)時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精度校正的模型，用于農(nóng)田復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)，獲取作物倒伏面積、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量及冠層溫度等高通量信息。

植保無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)對(duì)靶噴灑以處方圖數(shù)據(jù)來(lái)控制噴頭噴藥。馬景宇等[39]采用嵌入式處理器開(kāi)發(fā)施藥控制模塊，通過(guò)處方圖實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)靶噴灑；王玲等[40]搭建適用于無(wú)人機(jī)的脈寬調(diào)制型變量噴藥系統(tǒng)，研究了PWM 占空比、電動(dòng)離心噴頭轉(zhuǎn)速等變量對(duì)霧滴粒徑的影響；郭一鳴[41]建立了基于壓力式變量調(diào)節(jié)的無(wú)人機(jī)施藥裝置，研究速度自適應(yīng)的無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑控制系統(tǒng)，建立噴頭噴灑霧滴粒徑與流量、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系模型，保證噴頭流量輸出隨無(wú)人機(jī)飛行而變化；黃偉峰等采用嵌入式處理器S3C44B0X為主控芯片，完成了對(duì)噴霧壓力、流量控制和地理位置結(jié)合的精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)。

3 存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)總結(jié)上述文獻(xiàn)，在5G無(wú)人機(jī)圖傳和植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑中還存在一些問(wèn)題。

1)5G網(wǎng)絡(luò)的圖傳研究實(shí)際運(yùn)用效果差，5G RAN側(cè)組網(wǎng)方式總體上可分為獨(dú)立部署(Stand alone，SA)和非獨(dú)立部署(non-Stand-alone，NSA)兩種。NSA組網(wǎng)方式并沒(méi)有完全脫離4G網(wǎng)絡(luò)，5G信號(hào)的自干擾現(xiàn)象仍需優(yōu)化，存在5G信號(hào)不穩(wěn)定，傳輸時(shí)延加長(zhǎng)等問(wèn)題，在接收不到5G信號(hào)的地方會(huì)自動(dòng)默認(rèn)轉(zhuǎn)換為接收4G信號(hào)[42]，5G信號(hào)在空中尤其是在50 m以上空間的分布情況以及信號(hào)強(qiáng)度情況還需研究。

2)目前的無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)大多數(shù)都能實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)端到地面端的圖像和視頻信息的發(fā)送，使用單向的數(shù)據(jù)傳輸較為普遍，雙向數(shù)據(jù)傳輸較為缺乏，且地面端以顯示無(wú)人機(jī)傳輸圖像的設(shè)備為主，外設(shè)設(shè)備的連接較為單一，對(duì)無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與應(yīng)用還需探索。

3)國(guó)內(nèi)外5G無(wú)人機(jī)圖傳研究較多，植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑也開(kāi)展了研究，但是將5G圖傳技術(shù)應(yīng)用到植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑的研究缺乏，從植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑的研究中可以看出，處方圖的生成與植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑需要無(wú)人機(jī)飛行兩次，過(guò)程繁瑣且浪費(fèi)資源。

4 發(fā)展建議

4.1 5G信號(hào)覆蓋與安全建設(shè)

加大5G信號(hào)覆蓋范圍的建設(shè)，保障5G無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下飛行時(shí)的通信正常。同時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)制造商、通信運(yùn)營(yíng)商和云服務(wù)器端進(jìn)行監(jiān)管，促進(jìn)多項(xiàng)部門的合作，在未來(lái)的發(fā)展中建立智能控制管理體系，充分利用5G所帶來(lái)的高速率、低時(shí)延來(lái)安全和順利的實(shí)現(xiàn)5G無(wú)人機(jī)圖傳。

4.2 增加地面端功能

對(duì)無(wú)人機(jī)傳輸協(xié)議和地面端外設(shè)設(shè)備的應(yīng)用連接進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)端和地面端的雙向傳輸，增加地面端設(shè)備連接的數(shù)量，如地面端添加圖像處理服務(wù)器，利用5G信號(hào)的高速率和低時(shí)延的特點(diǎn)，將圖像數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)降孛娑耍蛇\(yùn)算能力強(qiáng)大的地面端服務(wù)器快速分析復(fù)雜場(chǎng)景，分析結(jié)果通過(guò)5G回傳到機(jī)載端，完全可以達(dá)到實(shí)時(shí)采集、分析和控制，進(jìn)一步發(fā)揮無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的功能。

4.3 5G無(wú)人機(jī)圖傳與植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑結(jié)合

對(duì)靶噴灑流程如圖4所示。

圖4 對(duì)靶噴灑流程圖

將5G無(wú)人機(jī)圖傳與植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑結(jié)合，首先無(wú)人機(jī)按照預(yù)先規(guī)劃的航線飛行，實(shí)時(shí)采集飛行前方目標(biāo)區(qū)域的農(nóng)田圖像，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將圖像發(fā)送至中轉(zhuǎn)服務(wù)器，地面端通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)從中轉(zhuǎn)服務(wù)器獲得圖像信息，添加深度學(xué)習(xí)模型對(duì)圖像進(jìn)行處理生成處方圖，再通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至中轉(zhuǎn)服務(wù)器，無(wú)人機(jī)從中轉(zhuǎn)服務(wù)器獲得處方圖信息，最后無(wú)人機(jī)根據(jù)接收到的處方圖對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行對(duì)靶噴灑。

5 結(jié)語(yǔ)

5G具有高速率低時(shí)延等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人機(jī)高清實(shí)時(shí)圖傳，推動(dòng)無(wú)人機(jī)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的深入應(yīng)用。將5G圖傳技術(shù)與植保無(wú)人機(jī)結(jié)合，能推進(jìn)植保無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)施藥技術(shù)的發(fā)展。本文基于無(wú)人機(jī)圖傳幾種方式，分析5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)5G無(wú)人機(jī)圖傳和植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑的研究現(xiàn)狀，提出將5G無(wú)人機(jī)圖傳應(yīng)用到植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑中。為促進(jìn)5G無(wú)人機(jī)圖傳和植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑的發(fā)展，給出提高5G信號(hào)與安全的建設(shè)、增加無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)地面端功能、加強(qiáng)5G無(wú)人機(jī)圖傳與植保無(wú)人機(jī)結(jié)合的發(fā)展建議。今后，隨著5G通信技術(shù)和無(wú)人機(jī)行業(yè)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)高清實(shí)時(shí)圖傳和植保無(wú)人機(jī)對(duì)靶噴灑結(jié)合，是植保無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)施藥技術(shù)的發(fā)展方向之一。