研究無人機在智慧農業方面的應用論文

時間：2023-05-14 00:16:49 論文范文我要投稿

研究無人機在智慧農業方面的應用論文

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研究無人機在智慧農業方面的應用論文

　　摘要：

　　智慧農業將數字農業與精準農業有機聯系為一個整體，而無人機在智慧農業中起著不可忽視的作用。本文闡述了無人機在遙感監測、精準植保、棉花脫葉、種子撒播和趕花授粉等方面的應用情況。

　　關鍵詞:

　　無人機;智慧農業;應用;

　　引言：

　　農業航空起始于20世紀20年代，隨著科技的快速發展，目前農業航空已經成為世界各國農業領域不可缺少的一部分。智慧農業是現代農業發展的目標，無人機具有作業效率高、單位面積藥液用量小、無須專用跑道、機動性好等特點，且結合了信息、通信、人工智能、大數據和物聯網等技術，為智慧農業的發展提供了空間和平臺。無人機性能良好，其優越性是地面機械無法替代的。此外，無人機在農業的多個方面包括農業遙感監測、病蟲害防治、種子撒播等都具有廣泛應用。

　　1、農業無人機的應用

　　1.1無人機在遙感監測方面的應用

　　無人機遙感即無人機和遙感技術的結合，可利用先進的無人機駕駛技術、遙感監測技術、傳感器技術、GPS定位技術等，具有自動化、智能化、信息化等優點。無人機遙感在多個領域都扮演著重要角色，例如氣象監測、資源調查與監測、測量方面和突發事件處理[1]。隨著科技的不斷進步，無人機遙感技術在精準農業方面快速發展。許多發達國家從20世紀就已經開始研究精準農業技術，國內發展比較晚，但隨著遙感（RS）、全球衛星定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）以及我國北斗衛星導航系統的不斷完善及其定位技術的不斷提高，無人機遙感技術有了很大的進展，為我國精準農業發展提供了技術支持[2]。

　　利用無人機遙感監測技術可以收集作物的多光譜圖像，這些圖像可以生成光譜反射帶，通過計算機處理這些波段，可以得到歸一化植被指數（NDVI）、葉面積指數（LAI）或光化學反射指數（PRI）等指標。其中，歸一化植被指數（NDVI）數據與農業制圖工具中的作物水分脅迫指數（CWSI）和冠層葉綠素含量指數（CCCI）等其他指標相結合，可以提供對作物健康有價值的建議，使人們了解肉眼不可見的作物變化和脅迫條件。蘭玉彬等[3]通過無人機遙感技術獲得柑橘果園的高光譜圖像，經過一系列分析計算，通過圖像分辨出感染黃龍病的植株與健康植株，正確率高達94.7%，大大提高了果園管理效率和政府防控病情的力度。另外，無人機遙感還可用于農作物病態監測和產量估算等過程。

　　1.2無人機在精準植保（病蟲草害防治）方面的應用

　　糧食安全制約著國家的發展水平，而病蟲草害直接對農作物的產量和質量造成影響。我國是農業大國，病蟲草鼠害造成的糧食損失高達1.2億t，發生面積年均4.67億公頃次以上[4]。目前，在全球范圍內，病蟲草害的主要防治手段依然是噴灑化學農藥，但是我國農藥使用技術和農藥噴灑設備比較落后，農藥利用率一直比較低。在此背景下，采用無人機進行精準施藥對保障我國糧食安全具有重要作用[5]。

　　無人機作為新型植保機械，其搭載的全球定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS）可以為實現精準施藥提供技術保障，可在多種地理環境下進行植保作業。植保無人機在藥劑噴施方面有很多優勢。一是高效安全。植保無人機的飛行作業速度可達3～8m/s，其農藥噴灑效率高達13.33～26.67hm2/d，是傳統人工施藥的60倍以上；另外，植保無人機可通過地面遙控或飛控系統進行操作，減少了農藥與施藥人員的接觸，提高了施藥作業的安全性。二是節水節藥。利用植保無人機噴灑技術至少可以節約30%～50%的農藥用量，節約90%的用水量，大大提高了農藥的利用率。三是防治效果顯著。植保無人機噴灑精準，農藥利用率高，提高了對病蟲害的防治效果。四是成本低。植保無人機整體尺寸小，重量輕，易于維護[6]。隨著精準農業的發展，植保無人機在病蟲草害防治方面的地位日益突出。目前，植保無人機面臨的問題是缺少最佳施藥方案和如何最大限度地提高噴霧精度和減少飄移。

　　1.3無人機在棉花脫葉方面的應用

　　新疆是我國棉花的主要產區，其棉花種植面積和產量均達到全國的50%以上。近年來，隨著植保機械的快速發展，新疆棉花的全程生產逐漸趨向機械化[7]。噴霧落葉劑是棉花機械化采收的重要組成部分，全面、均勻地噴施落葉劑可以改善棉花的落葉質量、降低棉花中的雜質含量。由于棉花冠層的葉片重疊，給傳統的地面噴灑機噴灑作物帶來不便，無人機快速高效的作業方式非常適合噴灑棉花脫葉劑。與傳統打頂機械相比，使用植保無人機還不會留下轍印和損傷作物，可減少對土壤和作物的損害。

　　無人機不僅給棉花脫葉帶來方便，其對脫葉劑的利用效率也大大提高。有研究表明，添加航空噴霧助劑可以顯著提高脫葉霧滴的沉積量，噴施15d后，落葉率達80.31%，吐絮率達90.61%。添加航空噴霧助劑可使棉花落葉率提高3.12%～34.62%，吐絮率提高6.67%～29.56%[8]。目前，對無人機應用棉花落葉劑的研究較少，如何提高棉花中低層落葉劑霧滴的覆蓋率，使霧滴充分均勻地分散在棉花冠層，對于提高落葉效果及棉花品質具有重要意義。

　　1.4無人機在種子撒播方面的應用

　　農業物料常見的撒播對象是小粒徑種子、肥料顆粒等。與育苗相比，撒播節省了移栽成本，提高了作業效率，是一種比較常見的直播方式。無人機進行撒播，一般是在無人機上掛載撒播裝置，物料撒播作業過程主要分為排種和拋撒，其中排種大部分由排種器完成，而拋撒的技術有多種，主要有離心式拋撒、氣力式拋撒、均勻桿式拋撒和擺管式拋撒。

　　目前，比較常見的無人機撒播裝置為離心圓盤式，該技術是利用離心力將物料從高速旋轉的離心盤上甩出，拋撒的均勻度主要與圓盤的轉速和葉片有關，拋撒的幅度比較大且為圓弧形，但播撒的均勻性不穩定。宋燦燦等[9]設計了一種氣力式無人機撒播裝置，采用播量可調的外槽輪排種，以風機產生的高速氣流作為種子撒播的動力，其排量隨無人機前進速度的變化而調節，提高了無人機撒播作業的均勻性。要實現無人機的精準撒播，需要綜合考慮無人機作業狀態和撒播裝置的變量調節，以提高無人機撒播過程中的穩定性和均勻性[10]。無人機在種子撒播方面的應用推動著精準農業的發展，具有重要的研究意義，且目前空中撒播技術已經在世界范圍內被廣泛應用于水稻撒播。

　　1.5無人機在趕花授粉方面的應用

　　在現代農業生產過程中，采用機械化及自動化趕花授粉可以有效地提高作業效率及作業質量。在部分瓜果蔬菜等作物的種植管理上，也可以使用無人機進行輔助授粉。與傳統人工授粉相比，在一定條件下使用無人機進行授粉，可提高作物成功授粉的概率，改善人工授粉和自然授粉的不足[11]。在有些條件下，傳統的雜交水稻制種相關技術已經無法滿足雜交水稻的發展需求，目前無人機趕花授粉技術在雜交水稻制種方面的應用，已經在一些發達國家頗有成效，在國內一些試驗點的應用效果也比較理想[12]。有學者研究小型無人機在旋翼風場下的水稻花粉分布規律，選擇出了適合無人機授粉的飛行速度，為無人機水稻授粉提供了理論指導依據。

　　目前，無人機授粉時，針對不同花蕊花期的噴灑范圍和噴灑速度還有待研究，需要考慮作物的高度、生長周期、花蕾期等綜合因素影響。

　　2、展望

　　無人機是精準農業的重要組成部分，精準農業又是現代農業生產和現代信息科技的有機結合，精準農業的技術水平直接影響著智慧農業的發展速度和質量。因此，無人機在農業方面的應用對智慧農業的發展起著不可忽視的作用。通過無人機搭載的智能化傳感器和視頻監控設備對農作物信息進行采集，通過現有的物聯網技術可以觀測農作物的病蟲害信息，也可以實時顯示出農作物的生長狀況和生長環境，提供對農業作業有用的信息。同時，在現代科技的推動下，無人機與互聯網、物聯網和大數據等現代技術密切結合，為智慧農業發展提供了不可缺失的平臺和載體。未來無人機將給智慧農業帶來新的變化。

　　參考文獻

　　[1]金偉，葛宏立,杜華強,等.無人機遙感發展與應用概況[J]遙感信息,2009,24(1);88-92.

　　[2]汪沛,羅錫文,周志艷,等基于微小型無人機的遙感信息獲取關鍵技術綜述[J].農業工程學報,2014,30(18)-1-12.

　　[3]蘭玉彬,朱梓豪,鄧小玲，等基于無人機高光譜遙感的柑橘黃龍病植株的監測與分類[J].農業工程學報,2019,35(3):92-100.

　　[4]蘭玉彬無人機的農業應用[J]紫光閣,2017(1):86.

　　[5]蘭玉彬,王國賓中國植保無人機的行業發展概況和發展前影[J.農業工程技術,2018,38(9):17-27.

　　[6]蔣智超,劉朝宇淺談植保無人機發展現狀及趨勢[J]新疆農機化,2016(2):30-31.

　　[7]陳學庚,趙巖新疆兵團農業機械化現狀與發展趨勢[J]華東交通大學學報,2015,32(2):1-7.

　　[8]陳水法淺談雜交水稻制種機械化發展[J]南方農機,2018.49(9):53.

　　[9]宋燦燦,周志艷，姜銳,等.氣力式無人機水稻撒播裝置的設計與參數優化[J].農業工程學報，2018,34(6):80-88.

　　[10]宋燦燦，周志艷,羅錫文，等.農業物料撒播技術在無人直升機中應用的思考[J].農機化研究,2018,40(9):1-9.

　　[11]吳銳.無人機在現代農業中的應用綜述[J].農業工程技術,2020,40(27):44-45.