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作為一個農業大國,我國農業面臨著農業體系龐大、人口不斷增長、農產品供給安全等問題。我國部分的農業種植仍維持在靠天吃飯、人力改良有限的階段,擁有大面積土地的種植戶已逐漸向機械化種植轉變,而以國有農場為代表的種植集體,已經開始向農業現代化、農業信息化發展,對農業高新技術的需求已提上日程。
農情遙感技術是以衛星或無人機為載體、以遙感技術為主體對農業生產進行實時、全面的監測分析的技術。將無人機技術及遙感技術引用到農業中是一個極為成功的領域交叉合作,低空無人機可以彌補傳統監測設備的作業范圍小、實時監測難等問題,又彌補了衛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了對目標實時定量、定性、定位的描述分析,以此獲得的農田數據可以幫助農田管理者做到變量投入,減少農藥化肥使用,從而進一步解決我國耕地面積少、水資源短缺、環境壓力大等問題。
為此,本文將從國內外農業領域無人機應用及我們現有的農用無人機監測手段出發,對無人機在農業中的應用進展進行闡述。
農業無人機技術在國外的應用現狀
現有農業無人機技術在國外已經成為農田監測的中堅力量,作業中大量無人機監測、作業手段的應用已極大地加快了國外精準農業、信息化農業的發展。
01、無人機在植被覆蓋度方面的監測研究
植被覆蓋度是描述地表植被分布的重要參數,在分析植被覆蓋參數、評價區域內生態環境方面具有重要意義,對指導農作物生產具有極高的預測價值。隨著我國精準農業的推廣及發展,依靠遙感檢測農作物覆蓋率變化已成為一個具有重要意義的監測手段。
衛星光學遙感和人工地面采集數字影像作為我國的植被覆蓋統計工作的通常做法,存在著易受云層遮擋的缺陷,且成本較高;而人工地面采集數字影像在受天氣影響的同時又無法滿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。
低空無人機的出現很好地彌補了衛星遙感的不足,提高了人工地面采集數字影響的效率,減少了人工及時間的浪費,提高了植被覆蓋率監測的準確性。
我國已將無人機監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,得到的數據即可監測冬小麥的覆蓋率變化,又可以針對研究區域動態獲取植被指數的閾值。
02、無人機土壤濕度監測
土壤濕度是水文、生態、農業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。監測區域土壤濕度有利于控制區域內的水澇、干旱及農作物生態長勢評估。傳統的土壤濕度監測站不能滿足大面積、長期的土壤濕度動態實時監測的要求,限制了其在農業信息化、自動化方面的發展及應用,而光學設備在高空中會受到云層的阻礙,使高空飛行設備的應用受到了限制,因此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,通過對比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,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測。使用無人機進行土壤濕度監測具有成本低、時效性好、方便攜帶等多方面優點,在我國土地遼闊、地形類別復雜的前提下具有很好的實用價值。
03、無人機在農田噴灑方面的研究
近年來,我國農田航空噴灑也逐漸引入了無人機,在20世紀50年代開始了航空農業噴灑的研究及應用,主要對森林、農墾區進行大規模的農田噴灑作業。我國擁有農用有人駕駛固定翼噴灑飛機140余架、直升機60余架,但仍有較多地區不適合使用大型有人噴灑飛機,使無人機噴灑成了一個新興的農用設備產業。雖然農業用噴灑無人機在我國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展最快的一個新興領域。
04、無人機在農業其他領域中的應用
將無人機應用到農業保險賠付中,解決了農業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,節約了大量的人力物力,在提高效率的同時確保了農田賠付勘察的準確性。
農場管理規劃系統也是農田生產中一個重要的組成部分。在現有的管理監測方式中,分為以有線技術搭建的傳感器監測系統及以無線技術搭建的監測系統兩種。無線監測系統較有線系統相比具有監測、傳輸距離長的優點,但在大型農場中做到大面積監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測系統,成本低、監測面積更大、全面性更強,配合地面實時監測傳感器,可以使農場的管理更加立體化,具有更好的實用性及經濟性,是未來農業管理的新方向。
我國農業生產中,無人機作為監測手段及獲取信息的工具已經扮演了越來越重要的角色,在農業中的發展趨勢已使農業生產過程向信息化、自動化、時效化發展,所提供的農業參數也將不斷地服務于我國農業發展,使我國的精準農業進程不斷加速。
農業無人機技術在國外的應用現狀
首先,無人機作業效率高,有利于規?;纳a。我國南京農機研究所的農用無人機在進行水稻田清理病蟲害的農藥噴灑工作中,可以達到1500hm2/h的作業速度,平均每天作業7500~15000hm2,是地面機械的數倍,更是人工噴灑的數十倍。
其次,農用無人機的使用減少了農藥對農民的傷害。以玉米粘蟲病蟲害為例,2013 年東北地區爆發玉米粘蟲災害,因設備不足、作業效率低等問題,許多農民人工噴灑農藥,出現了多起農民因農藥中毒而死亡的事件。無人機的使用不僅可以替代人工噴灑農藥,更可以提前分析、預防病蟲害的發生,做到預防與作業雙管齊下。
第三,無人機相比于價值數百萬的載人農用飛機及大面積鋪設的監測設備來說價格比較低廉,產業化生產之后無人機的價格只有十幾萬,其價格低廉及便于操控的特點使其在農業生產中受到了廣泛的關注。最后,無人機相比于現有機械最大的優勢在于其適應性強、適用范圍廣,尤其是在旱澇地區、丘陵山地等常規機械無法觸及的區域,無人機具有極大的優勢,且相比于高空飛行設備具有受云層和天氣影響小的特點。
來源:北京新型智慧農業研究院
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