無人機技術的農業應用價值探究

楊 帥

(天府新區航空旅游職業學院 四川 眉山 620860)

一、背景概述

無人駕駛飛機簡稱無人機(Unmanned Aerial Vehicle，縮寫UAV)，是一種有動力、可控制、可攜帶多種任務設備、執行多種任務，并能重復使用的無人駕駛航空器[1]。無人機與遙感技術的結合，是利用先進的飛行器無人駕駛、遙感傳感器、通訊、遙測遙控、GPS差分定位等技術，具有自動化、智能化、專題化快速獲取國土、資源、環境等的空間遙感信息，完成遙感數據的處理、建模和應用分析能力的應用技術。該技術具有低成本、低損耗、低風險且可重復使用等諸多優勢，其應用領域從早期的偵察、預警等軍事領域擴大到資源勘測、氣象觀測、農田作物管理及農藥噴灑等領域。無人機遙感技術與現代農業的完美契合，在農業領域具有廣闊的應用前景，對我國加快精準農業的規劃與建設、提高農業發展水平起到了關鍵性作用。

二、無人機遙感技術的特點及優勢

傳統的遙感技術是利用衛星和大型飛機作為遙感平臺，可大面積觀測并獲取綜合性數據，由于其分辨率較低，在小時空尺度的數據采集分析方面存在很大問題，并且該技術易受到云層阻隔及空間輻射等因素影響。無人機遙感技術是利用無人機搭載各種信息傳感器、遙感器而形成的非接觸、遠距離探測目標地物的技術。

如今，小型無人機這類新型遙感平臺，成本低，彌補了傳統遙感的缺陷，還因其搭載的遙感儀器體積小、重量輕、抗震性能好，在局部遙感和應急監測等領域具有突出功效。目前，較為先進的無人機一般重10 kg左右，搭載有合成的多功能探測器，能夠采集多波段光譜信息，借助地面的操控站對無人機實施遠程操控，對傳回的飛行數據進行分析處理，自動或人工對其進行實時的任務設定及航線調整等[2]。

無人機遙感技術主要優勢有：(1)區別于地面人工探測的飛行作業方式，不受農田復雜環境影響和空間限制，替代人工進行全方位探測；(2)可根據任務形式的區別而搭載不同的遙感傳感器，如高分辨率CCD數碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀，多光譜成像儀、磁測儀、合成孔徑雷達等，地物分辨率高，不再受云層影響，客觀精準地反映發現異常的區域；(3)因具備機動性、便捷性特點，節約了成本，使應對突發災害快速響應能力和探測巡查的效率得以提高；(4)后期地面人員可利用計算機快速處理獲取遙感數據，建模、分析，精準指導田間管理[3]。因此，無人機遙感技術具備精準農業科技發展的條件，對探測、診斷、處理農田問題具有廣泛應用價值。

三、無人機在農業上的應用現狀

在上世紀末，國外已開始在農業領域嘗試使用無人機，主要在農田、果園、菜園的病蟲害防止方面加以使用。日本山葉公司早在1990年就率先推出全球第一架用于農藥噴灑的無人機，海外發達國家近30年來始終在農藥噴灑和災害防御方面依賴無人機，我國因該技術起步較晚，在20世紀50年代，才逐漸開始農業航空噴灑的研究與應用，主要應用于大范圍的森林、農墾區和農田。由于國內土地使用政策和體制存在特殊性，無法大范圍種植，致使無法大范圍實施農藥噴灑。無人機正好解決了地形和規模限制，具備控制靈活、高效、高精準的優勢，必將成為現代農業機械快速發展的領域[4]。

四、主要問題和應用展望

(一)主要問題

無人機技術在農業領域的價值愈發突顯，但仍存在諸多問題：(1)農用無人機主要包括電動、油動和油電混合無人機，目前電動無人機應用最廣。而電動無人機承重能力差，無法攜帶大量電池，影響續航時間，同時也不能搭載大質量遙感設備，限制使用條件；(2)無人機受到航線規劃、搭載設備功效及飛行高度等影響，傳回的圖像質量有時不能滿足特定要求，同時后期圖像信息的校對、匹配及拼接難度大；(3)電動無人機受風影響極大，在高于4級風時，飛行姿態難以按規劃航線飛行[5]。

(二)應用展望

1.高時效性資源監測

資源監測已由傳統獲取資源的數量、位置向監測資源的動態變化方向轉變，無人機具備高時效性，可及時收集資源變化信息，將廣泛應用于林業資源(如木質資源和林地面積變化、監測野生動物等)、森林防火、生態環境等領域。

2.監測病蟲害、外來入侵生物

全球經濟一體化發展愈發激烈，提升了國際間貿易頻率，導致有害生物入侵林業，進而擴散、成災。新的有害生物入侵加劇，威脅不斷攀升；原本入侵的有害生物(如松材線蟲病等)也在不斷擴散。利用高新技術手段，如無人機遙感、地理信息系統和GPS等，構建病蟲害、外來入侵生物的監測預警技術體系，研究生物災害的發生動態、風險評估和預測預報，對生態安全保護領域意義重大[6]。

3.規劃、建設新農村

構建社會主義和諧社會的重要基礎即社會主義新農村的建設，而無人機適用于城市建筑物密集地區及地形復雜地區，在城鎮規劃、國土資源調查、新農村建設和航海測繪等多領域具有重要的應用價值。

作為新型遙感平臺，無人機在現代農業領域得到廣泛應用。遙感正朝著高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率方向發展。電磁波必須通過大氣層才能讓航天平臺接收，這期間必定受到地面天氣及云層的影響，導致重訪周期無法有效縮短，時間分辨率很難提高。而無人機處于云層下方，很少受云層阻礙，其航攝任務也幾乎不受天氣影響[6]。

無人機遙感不但能提高時間分辨率，并且在提高空間分辨率方面，也同樣具有優勢。目前，多光譜傳感器發展水平有很大提高，重量和體積大幅度降低，使得無人機遙感在提高光譜分辨率方面突發潛力。

五、結論

無人機遙感技術具備自動化、智能化、信息化、數據化等優勢，能夠快速獲取信息。如果可以深度研發，使其續航時間延長、載重能力加強，同時研發輕質量的掛載遙感設備，并對其飛控系統進行開發研究，這樣將與現代農業完美契合，在農業領域具有更加廣闊的應用前景。