無人機在農科專業教學實踐中的應用

李德涵　于旭東　蔡澤坪　羅佳佳

摘要近年來，無人機相關技術快速發展，其操作簡便，在諸多領域得到了廣泛的應用。本文以海南大學熱帶農林學院儋州校區農科，專業教學實踐為例，探討無人機在實踐教學中的應用，分析了存在的問題，提出了建議，以期為無人機在農科專業教學實踐中的應用提供參考關鍵詞 無人機;農科專業;教學實踐;應用;存在的問題;建議

中圖分類號 G642.0

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）05-0252-02

無人機（Unmanned Aerial?Vehicle），全稱為無人駕駛飛機，是利用遠程遙控設備和與飛行器相適應的軟硬件操縱的不載人飛行器。飛控系統開源硬件技術成熟使無人機在技術上取得了較大突破，應用場景逐步擴展。預計至2025年，國內無人機航拍市場規模將達300億元，農林植保方向市場規模將達200億元，無人機產業市場總規模將達750億元。無人機技術目前在農業植保、影視拍攝、物流、救災、安保、遙感測繪、新聞報道、電力巡檢等領域的應用越來越普遍。基于此，，現以海南大學熱帶農林學院儋州校區農科專業教學實踐為例，探討無人機在實踐教學中的應用。

1無人機在教學實踐中的應用

1.1航拍觀察

在農科類教學實踐中的植物調查等場景中，通過無人機配備的攝像頭采集實習地點的高空影像資料，可根據航拍像片比例尺公式（焦距高度）計算調查面積，確定調查邊界，并初步了解植被覆蓋情況，在總結調查區域內植物種類時發揮定位作用，實現調查實習結果的可視化，提高學生學習的積極性。

1.2全景圖像制作

全景技術是指通過獲取整個場景的全角度圖像資料，通過技術手段進行后期圖片拼合，將平面照片整合形成“可操作，可交互”的全景景觀（Panaramic）F。可以利用無人機制作野外全景景觀，通過現代化教學手段向學生展示的同時，也可達到保存原始資料、拓展實習范圍、提高學生學習積極性的效果，具體步驟如下.①先觀察四周環境，確認起降點以及空域安全后操作無人機起”飛，選取要拍攝取景的地點，懸停至合適的高度（一般選取50m左右較為合適）。②為了方便后期拼接全景圖像，應該使用手動檔鎖定相機拍攝參數，避免自動檔自適應場景拍攝導致每張照片曝光不同，使后期圖像產生縫隙.③利用DronePan軟件拍攝原始素材，設置拍攝圈數為3圈，每圈拍攝6張圖像，底部拍攝1張圖像，共計19張素材。保存后開始拍攝。④回收無人機，導出素材.⑤將素材導人全景拼接軟件，合成全景圖，選取的全景拼接軟件為PTGUI。由于無人機無法拍攝正上方角度的圖片，因而合成后的原始全景圖天空部分是缺失的，見圖1（a）。⑥利用Photoshop等圖像處理軟件補全天空并進行簡單調色，見圖1（b）。⑦將完成的全景圖上傳至交互式全景圖像制作平臺（如720yun），生成可交互的全景圖像。

1.3遙感測繪

在無人機上可配置各類專業成像傳感設備，如高清攝像頭、多光譜儀、熱像儀等，以收集溫度濕度距離、影像等低空環境數據，建立模型進行數據處理，進行土地資源測量、作物生長環境監測、作物健康及生長情況評估、病蟲草害與自然災害的發現預警與評估等工作網。

1.4生產上的其他應用

在無人機上安裝噴灑配件和其他作業設備，用于各種農作任務，如播種、施肥噴灑農藥等。實踐表明，無人機作業操作簡便精細度高。在植保等生產作業過程中應用無人機，可以大幅提高效率，顯著降低勞動力成本。

2存在的問題

2.1專業人員數量不夠

現階段，雖然消費級、工業級無人機的普及范圍廣“，但無人機專業培訓配套缺乏，直接造成國內持證飛手數量嚴重不足，“黑飛”現象嚴重，多數～飛手缺乏專業知識和技能支撐，無法發揮無人機操作精細簡便、效率較高的優勢，存在安全隱患。

2.2技術不夠完善

2.2.1續航時間短。在農科專業教學實踐中，尤其是野外實習范圍普遍較廣、環境復雜，現階段無人機的續航難以滿足長時間使用的實際需求。以拍攝全景視頻為例，選用大疆Phantom3無人機，最長續航時間為25min（電池使用時間在最佳飛況下測得，或因環境和飛行方式不同而有所差異;標稱）。拍攝高度50m，共19角度，有效距離為200m左右，平均拍攝時間6min，平均耗電量39%。在考慮安全的前提下，一次續航最多拍攝2個場景。全景拍攝耗時以及耗電量詳見表1。

2.2.2飛行穩定性較差。教學安全是教學實踐的重要前提。現消費級無人機的飛行穩定多依靠視覺定位系統GPS定位系統，在風中實際飛行行的穩定性較差，且常出現定位不準的現象，使用無人機自動返航降落功能時常出現定點偏差較大的問題，帶來了一定的安全隱患。

2.2.3負載能力弱。大多數無人飛行器載重能力明顯不足，對需要攜帶更多設備的植保無，人機更是如此，多數無人機只能通過大幅犧牲續航能力來增加負載。

2.3使用范圍受限

由于技術不夠完善，常見的無人機在適用范圍上受限。尤其是霧氣、風雨等不利天氣條件對飛行的限制，極大地阻礙了無人機的普及。另外，農科專業野外實習中常見的高空建筑高大樹木、山體等也會對視線、飛行路線、信號產生影響，限制了無人機的使用。

2.4成本較高

據調查，國內用于航拍的消費級無人機價格為3000～10000元，而功能較全面的工業級植保無人機動輒數萬甚至數十萬，致使高校在教學實踐中采用較少，部分高校的應用局限于案例學習，極少有上機操作，難以大規模應用。

3建議

3.1加強監管，完善政策

建立健全無人機領域相關監管政策，規范管理流程，完善培訓體系。如民用無人駕駛航空器系統駕駛員合格證（中國AOPA），降低相關合格證發放I門檻，推動行業健康發展;對高校尤其是涉農院校進行專項補助，鼓勵其弓進無人機相關人才、設備與技術，豐富教學教研實踐手段。

3.2高校加強對教師和學生的培訓

高校應盡快完善無人機飛行培訓體系，確保相關專業師生能安全進行無人機飛行作業，做到持證飛行。

3.3在實際操作中積極思考，探索更多應用場景

無人機行業發展前景巨大，技術發展速度快，應探索“無人機+”行業的模式，拓展更多應用場景，提出切實可行、全面完善的解決方案，將無人機技術與科研教學乃至生產實踐的各個方面進行深度融合。

4參考文獻

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