論無人機技術在農業領域的應用

郝雅潔 史維杰 趙明霞 呂致 胡欣宇 李富忠

摘 要：無人機技術經過近些年的不斷創新改革，從軍事領域逐漸被應用到民用領域，日漸普及大眾化。將新型的無人機引入到農業生產中，可以促進農業現代化的進步。通過無人機可以從高空獲取農田作物的數據信息，監測并對其進行分析，還可以對農田進行噴灑農藥工作，預防病蟲害對作物的產量造成影響，降低收益。將高科技無人機與農業結合，能夠節約人力物力的成本，提高生產效率。文章從無人機的概念、發展史、優勢、存在問題和對策以及應用現狀進行了討論，進一步描述了無人機在農業方面的作用。

關鍵詞：無人機技術;農業;農情監測;農事操作;數據信息;定位遙感

中圖分類號：TP242;S252文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）09-00-04

0 引 言

我國農業種植已有很長的歷史，早期的農耕需要農民親自下到田里，春種秋收，面朝黃土背朝天，這樣的耕作方式艱苦繁重，耗費時間、人力與物力，并且人工勞作的效率也不高，影響了我國農業的進步發展。隨著時代的進步，科技也在不斷創新發展，高科技技術廣泛應用于各個領域，為了促進我國農業的進一步發展，轉變生產模式，提高生產效率，政府出臺了許多將高科技與農業結合的相關政策[1]。例如，政府提出了“科教興農”戰略，以及在黨的十九大中提到：“在滿足人民美好生活需要的同時，還需要保障生態環境的美好，以獲得健康生態產品?！彼詾榱双@得優質的農業產品，需要從農業種植源頭來進行改善，將高科技帶來的綠色環保高效應用于農業，實現資源節約型、環境友好型的可持續化發展[2]。因此將近年來發展迅速的無人機技術用于農耕，代替人力操作，轉變農耕方式[3]，大力推行“互聯網+農業”[4]。

無人機，顧名思義就是不需要人來駕駛的一種飛行器，因為不考慮駕駛員，所以其體積比飛機要小很多，建造成本較低，輕巧便捷，適合飛行于各種地形的田間幫助勞作，也不用擔心發生駕駛員的傷亡問題[5]。無人機內部帶有導航系統可以自動駕駛，也可以通過無線遙控來控制無人機;還搭載著各種傳感器，可以執行其他任務[6]，如定位遙感、跟蹤，從而精確獲取所需數據，效率較高，將多種高科技集聚一起[7]。無人機在農業領域的應用，涉及到噴灑農藥、監測作物蟲害、勘測地形等工作。無人機根據不同工作任務的種類，大致有固定翼式、多旋翼式以及直升機式三大類，其各有利弊，根據不同實際情況選擇合適的機型[8]。無人機在農業領域發揮著越來越重要的作用，極大地促進了農業現代化的發展。農用無人機單位類型如圖1所示。

1 無人機發展史

無人機的發展是經過了幾個不同階段的應用領域，每個階段都會有相應代表性的不同功能類型的無人機產物，如戰斗無人機、遙感無人機、植保無人機等。近些年無人機才漸漸被人們熟知，走進人們的生活視線中。無人機的產生最早是用于軍事戰爭，是根據戰爭使用的戰斗機改造來的[6]，但是其價格較昂貴，成本較高。而后因為其便捷性、先進性、成本相對降低，又被推廣應用于民用領域[9]，如對不適合人員踏入的崎嶇偏僻山嶺的地質地貌監測，利用帶遙感的無人機對某地區的信息情況進行獲取采集等。近些年，隨著無人機技術的迅速發展，應用不斷擴大，現已初步應用于農業領域，并取得了顯著的成就，有著光明的應用前景[5]。

國外將無人機推向農業應用嘗試還是較早的，首架用于農業方面的無人機是由日本一家公司于20世紀90年代發明的，用于對田間進行噴灑農藥，預防蟲害發生。這么多年來，逐步發展到對農田進行蟲害以及自然災害的防御[3]。因為在我國無人機技術還是遠落后于國外發達國家水平，起步時間晚，應用時間短，起初對較大型農田、森林進行農藥噴灑，使用的是有人機進行操控。然而使用有人機進行農藥的噴灑，弊端是其噴灑范圍是有限的，但無人機就能很好地解決這個問題，它不受地形大小的限制。無人機體積小，操作起來靈活、方便，可以隨時起降，更適合于不方便進行地面操作的狀況，在現代農業中深受重視[10]。但是由于我國農業歷史悠久，農民思想傳統保守，還停留于依賴人工種植的舊方式[11]，沒有推廣使用先進的高科技技術，用于農業的無人機類型還比較單一[2]。

基于遙感的無人機在某些方面要優于遙感衛星，如成本相對較低、操作方便、獲取數據的時間短等。利用遙感可對農作物的信息進行獲取，如作物的生長期、表型信息、覆蓋率等，為農情監測提供依據[12];還可以將紅外、圖像分析等技術結合到無人機上進行更精確地監測與跟蹤，獲取更全面的地表、作物的信息，以便后續的數據分析處理[2]。我國還應大力研發更低成本、效率高的用于噴灑農藥型的無人機，并在農業領域廣泛推廣，讓農民早日擺脫農藥的殘害，保障人們的人身安全，盡早地解放農民的勞動力、生產力[13]。

2 無人機優缺點及對策

無人機之所以能在很多領域被大力推廣，是因為其有很大的優勢。然而因為無人機技術還處于起步時期，必然會存在一些問題。深入了解了這些優缺點，才能更好更快地推動其發展[14]。

2.1 優勢

無人機體型相對較小，方便攜帶移動，運營成本相對較低，對作業環境條件要求不高，尤其適用于代替人去偏僻的山區以及交通不便的地區進行工作，風險低，在飛行過程中如果發生快沒電的情況，它就會自動停止工作進行返航，保障了設備的運行安全[2]。無人機的飛行高度可以根據實際情況進行調控，一般是垂直升降，靈活性好，在農業中大多用于低空飛行，不受大氣干擾[15]，從航空角度快速地拍攝獲取并存儲視野廣闊的農田的大量信息圖像，圖像的清晰度、分辨率較高，提供獲取的數據信息準確，便于之后監測、跟蹤等分析工作的實時進行，作業效率高。以無人機代替傳統人工去獲取分析數據，不僅節省人力，效率高，時間短，防止人工造成誤差[16]，而且還能避免人工以及其他機械進入田地對農作物的損害。使用無人機進行農業工作，如噴灑農藥，可以節省人力物力，不用農民親自背上沉重的藥箱去田里噴藥。人工噴灑可能會造成噴灑不均勻、浪費，影響農作物的產量，而且自身還得做好防護措施，避免農藥對人體造成傷害。使用無人機去田里噴灑農藥，會避免這些問題的發生，提高生產效率，既節約環保又安全，灌溉作業也同樣有此優勢[17]。在農業領域應用無人機，能夠幫助農民提高生產質量與效率，促進農業現代化的進步。

[8]陳鵬飛.無人機在農業中的應用現狀與展望[J].浙江大學學報（農業與生命科學版），2018，44（4）：399-406.

[9]高林，楊貴軍，王寶山，等.基于無人機遙感影像的大豆葉面積指數反演研究[J].中國生態農業學報，2015，23（7）：868-876.

[10]蘭玉彬.無人機的農業應用[J].紫光閣，2017（1）：86.

[11]哈力旦·太來提，熱孜萬阿依·臺來提.我國農用植保無人機的應用現狀及展望[J].中國農業文摘-農業工程，2018，30（3）：72-73.

[12]李長春，陳鵬，陸國政，等.基于無人機高清數碼影像和高光譜遙感數據反演大豆典型生育期氮平衡指數[J].應用生態學報，2018，29（4）：1225-1232.

[13]馮江.無人機技術在現代農業生產中的應用[J].農業技術與裝備，2014（5）：26-28.

[14]李俐娜.淺談植保無人機在實際應用中的優缺點[J].農民致富之友，2019（5）：111.

[15]李長春，牛慶林，楊貴軍，等.基于無人機數碼影像的大豆育種材料葉面積指數估測[J].農業機械學報，2017，48（8）：147-158.

[16]李娜，溫乃瓔，侯毅葦.基于低空無人機遙感技術的應用探究[J].價值工程，2018，37（25）：112-113.

[17] KASHKAROV A，DIORDIIEV V，SABO A，et al. Semi-autonomous drone for agriculture on the tractor base [J]. Acta technologica agriculturae，2018，21（4）：149-152.

[18]劉建剛，趙春江，楊貴軍，等.無人機遙感解析田間作物表型信息研究進展[J].農業工程學報，2016，32（24）：98-106.

[19] SAARI H，AKUJ?RVI A，HOLMLUND C，et al. Visible，very near ir and short wave ir hyperspectral drone imaging system for agriculture and natural water applications [J]. The international archives of the photogrammetry，remote sensing and spatial information sciences，2017，42（3）：165-170.

[20]于克蛟.無人機遙感技術在農業上的應用[J].現代化農業，2018（9）：59-60.

[21]謝國強，龍喆，詹宇龍，等.小型無人機在農業植保中的應用探討[J].南方農業，2018，12（33）：156.

[22]阮曉東.農用無人機，現代農業的助航者[J].新經濟導刊，2015（4）：66-70.

[23]張志云，李長賀.無人機技術在現代農業中的應用[J].農業工程，2016，6（4）：23-25.

[24]張亮.論農用無人機的發展應用前景[J].農機使用與維修，2017（4）：12.

[25] ARTIOLI F，BELONI T. Profile diagnosis of users of drones in Brazilian agribusiness [J]. Revista ipecege，2016，2（3）： 40-56.

[26]卜祥.小型無人機在農業植保中的應用研究[J].鄉村科技，2018（30）：126-128.