農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文

農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)在狀況,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文作為一個(gè)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(yīng)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(jìn)有限的階段，擁有大面積土地的種植戶已逐步向機(jī)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(dāng)代化、農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展，對(duì)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的需求已提上日程。農(nóng)情遙感技術(shù)是以衛(wèi)星或無人機(jī)為載體、以遙感技術(shù)為主體對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)、全面的監(jiān)測分析的技術(shù)。將無人機(jī)技術(shù)及遙感技術(shù)引用到農(nóng)業(yè)中是一個(gè)極為成功的領(lǐng)域穿插合作，低空無人機(jī)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備的作業(yè)范圍小、實(shí)時(shí)監(jiān)測難等問題，又彌補(bǔ)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(shù)的應(yīng)用則使無人機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)目的實(shí)時(shí)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(jìn)而進(jìn)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(lǐng)域無人機(jī)應(yīng)用及我們現(xiàn)有的農(nóng)用無人機(jī)監(jiān)測手段出發(fā)，對(duì)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行闡述。1農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)在國外的應(yīng)用現(xiàn)在狀況現(xiàn)有農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)在國外已經(jīng)成為農(nóng)田監(jiān)測的中堅(jiān)氣力，作業(yè)中大量無人機(jī)監(jiān)測、作業(yè)手段的應(yīng)用已極大地加快了國外精準(zhǔn)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(jī)駕駛飛行器應(yīng)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(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行加強(qiáng)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(jī)的特點(diǎn)是時(shí)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(shí)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(shè)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(jī)攜帶近紅外多光譜相機(jī)對(duì)玉米田的雜草覆蓋率進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)表示清楚，使用無人機(jī)采集到的遠(yuǎn)程光譜圖像是常規(guī)機(jī)載圖像及衛(wèi)星圖像無法比較的。其生成了一個(gè)雜草的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，對(duì)雜草覆蓋的估計(jì)圖像分析獲得了令人滿意的結(jié)果。經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析，得到了當(dāng)年除草劑的合理使用分析結(jié)果，并進(jìn)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(duì)無人機(jī)在土壤監(jiān)測分析中的價(jià)值日益重視。采用無人機(jī)對(duì)土壤監(jiān)測分析減少了種植經(jīng)過中的不必要困難，對(duì)農(nóng)業(yè)種植的前期規(guī)劃起到了至關(guān)重要的作用。21世紀(jì)初期，法國學(xué)者AmlieQuiquerez使用無人飛行器監(jiān)測農(nóng)田土壤外表特征對(duì)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(gòu)造，聯(lián)合無人機(jī)圖像分類獲得非常高的空間分辨率與當(dāng)?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(yīng)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(jì)90年代，日本開場將遙控直升機(jī)用于果樹、大田作物和蔬菜的農(nóng)藥噴施作業(yè)中，進(jìn)而實(shí)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(jī)之后，由于其尺寸小、作業(yè)靈敏、噴灑效果好，極其適應(yīng)日本的農(nóng)業(yè)種植面積小、地塊分散的特點(diǎn)，因而無人機(jī)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(jī)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(yùn)特性獨(dú)特、霧滴穿透性好等。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國家對(duì)無人機(jī)噴灑農(nóng)藥的特點(diǎn)主要在兩方面:一是建立霧滴的分布數(shù)學(xué)模型;二是無人機(jī)利用GPS進(jìn)行精到準(zhǔn)確作業(yè)規(guī)劃，最終施行精到準(zhǔn)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(xì)致地模擬航空噴霧的整個(gè)經(jīng)過，還能夠模擬蒸發(fā)速度、風(fēng)速以及霧滴尺寸和氣流對(duì)沉降效果的影響，加拿大把這個(gè)軟件應(yīng)用于植物保衛(wèi)等方面的研究。2農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)在狀況近些年，我們國家也開場在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用無人機(jī)作業(yè)，在農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)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(jìn)展。當(dāng)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(jī)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，彌補(bǔ)我們國家農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對(duì)農(nóng)田實(shí)時(shí)監(jiān)測的缺乏。2．1無人機(jī)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(biāo)，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(píng)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(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求，限制了其在農(nóng)業(yè)信息化、自動(dòng)化方面的發(fā)展及應(yīng)用，而光學(xué)設(shè)備在高空中會(huì)遭到云層的阻礙，使高空飛行設(shè)備的應(yīng)用遭到了限制，因而無人機(jī)的應(yīng)用成為了解決問題的關(guān)鍵。無人機(jī)搭載可見光－近紅外光設(shè)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(guān)系數(shù)，保證了所建立的模型的高準(zhǔn)確性，完成了土壤濕度的合理化監(jiān)測。使用無人機(jī)進(jìn)行土壤濕度監(jiān)測具有成本低、時(shí)效性好、方便攜帶等多方面優(yōu)點(diǎn)，在我們國家土地遼闊、地形類別復(fù)雜的前提下具有很好的實(shí)用價(jià)值。2．2無人機(jī)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(jī)，在20世紀(jì)50年代開場了航空農(nóng)業(yè)噴灑的研究及應(yīng)用，主要對(duì)森林、農(nóng)墾區(qū)進(jìn)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(jī)140余架、直升機(jī)60余架，但仍有較多地區(qū)不合適使用大型有人噴灑飛機(jī)，使無人機(jī)噴灑成了一個(gè)新興的農(nóng)用設(shè)備產(chǎn)業(yè)。固然農(nóng)業(yè)用噴灑無人機(jī)在我們國家仍處于剛剛起步的階段，但噴灑無人機(jī)的應(yīng)用將成為近年來發(fā)展最快的一個(gè)新興領(lǐng)域。2．3無人機(jī)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(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境方面具有重要意義，對(duì)指導(dǎo)農(nóng)作物生產(chǎn)具有極高的預(yù)測價(jià)值。隨著我們國家精準(zhǔn)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(gè)具有重要意義的監(jiān)測手段。衛(wèi)星光學(xué)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(jì)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(shí)又無法知足空間分辨率及時(shí)間分辨率的要求，在大面積范圍應(yīng)用時(shí)耗時(shí)耗力、效率較低。低空無人機(jī)的出現(xiàn)很好地彌補(bǔ)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(shí)間的浪費(fèi)，提高了植被覆蓋率監(jiān)測的準(zhǔn)確性。我們國家已將無人機(jī)監(jiān)測植被覆蓋率的手段應(yīng)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(duì)研究區(qū)域動(dòng)態(tài)獲取植被指數(shù)的閾值。2．4無人機(jī)在農(nóng)業(yè)其他領(lǐng)域中的應(yīng)用將無人機(jī)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)賠付中，解決了農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)賠付中勘察定損難、缺少時(shí)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(shí)確保了農(nóng)田賠付勘察的準(zhǔn)確性。農(nóng)場管理規(guī)劃系統(tǒng)也是農(nóng)田生產(chǎn)中一個(gè)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(shù)搭建的傳感器監(jiān)測系統(tǒng)及以無線技術(shù)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(diǎn)，但在大型農(nóng)場中做到大面積監(jiān)測仍需要極高的設(shè)備成本。相比而言，無人機(jī)飛行平臺(tái)搭載CCD相機(jī)、近紅外設(shè)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(qiáng)，配合地面實(shí)時(shí)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(shí)用性及經(jīng)濟(jì)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(jī)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(dòng)化、時(shí)效化發(fā)展，所提供的農(nóng)業(yè)參數(shù)也將不斷地服務(wù)于我們國家農(nóng)業(yè)發(fā)展，使我們國家的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)進(jìn)程不斷加速。3無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢首先，無人機(jī)作業(yè)效率高，有利于規(guī)?；纳a(chǎn)。我們國家南京農(nóng)機(jī)研究所的農(nóng)用無人機(jī)在進(jìn)行水稻田清理病蟲害的農(nóng)藥噴灑工作中，能夠到達(dá)1500hm2/h的作業(yè)速度，平均天天作業(yè)7500～15000hm2，是地面機(jī)械的數(shù)倍，更是人工噴灑的數(shù)十倍。其次，農(nóng)用無人機(jī)的使用減少了農(nóng)藥對(duì)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(zāi)禍，因設(shè)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(jī)的使用不僅能夠替代人工噴灑農(nóng)藥，更能夠提早分析、預(yù)防病蟲害的發(fā)生，做到預(yù)防與作業(yè)雙管齊下。第三，無人機(jī)相比于價(jià)值數(shù)百萬的載人農(nóng)用飛機(jī)及大面積鋪設(shè)的監(jiān)測設(shè)備來講價(jià)格比擬低廉，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)之后無人機(jī)的價(jià)格只要十幾萬，其價(jià)格低廉及便于操控的特點(diǎn)使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遭到了廣泛的關(guān)注。最后，無人機(jī)相比于現(xiàn)有機(jī)械最大的優(yōu)勢在于其適應(yīng)性強(qiáng)、適用范圍廣，尤其是在旱澇地區(qū)、丘陵山地等常規(guī)機(jī)械無法觸及的區(qū)域，無人機(jī)具有極大的優(yōu)勢，且相比于高空飛行設(shè)備具有受云層和天氣影響小的特點(diǎn)。4結(jié)束語針對(duì)無人機(jī)在國內(nèi)外農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及影響進(jìn)行了分析介紹，指出無人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用必將促進(jìn)農(nóng)發(fā)業(yè)航空化、信息化及精準(zhǔn)化的發(fā)展，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有預(yù)測、快速反響、實(shí)時(shí)監(jiān)測及高效率應(yīng)對(duì)的新特點(diǎn)。農(nóng)業(yè)中無人機(jī)對(duì)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(jī)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合牽涉了航空、農(nóng)業(yè)、光學(xué)等多個(gè)學(xué)科知識(shí)的穿插，可促使無人機(jī)航空農(nóng)業(yè)朝更好的方向發(fā)展。以下為參考文獻(xiàn):［1］程黔．我們國家農(nóng)情遙感產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(bào)系統(tǒng)［J］．遙感學(xué)報(bào)，2004，8(6):4