(完整word版)无人机在农业方面的服务应用.pdf

无人机在农业方面的服务应用随着科技水平的不断提高，我国的农业正朝着精准化的方向发展。而无人机这一新型产品在我国的农业发展中发挥着重要的作用，促进了我国农业的现代化进程。植保无人机服务农业在日本、美国等发达国家得到了快速发展。1990 年，日本山叶公司率先推出世界上第一架无人机，主要用于喷洒农药。我国南方首先应用于水稻种植区的农药喷洒。2016 年，农业植保无人机逐渐成为行业新宠，各地陆续出现使用无人机用于植保的案例。据农业部统计，截至 2016 年 6 月，我国生产专业级无人机的公司有 300 多家，其中有 200 多家是植保无人机生产厂家，生产各类植保无人机共 178 个品种，保有量超过 5000 架。一、国内无人机在农业方面的应用现状一、国内无人机在农业方面的应用现状1.1.农田药物喷洒农田药物喷洒药物喷洒是农用无人机最为广泛的应用，与传统植保作业相比，植保无人机具有精准作业、高效环保、智能化、操作简单等特点，为农户节省大型机械和大量人力的成本，全国各地不少地区都已使用植保无人机进行药物作业，受到了人们的肯定。按照国家 18 亿亩耕地的红线，未来农业植保领域将会有千亿市场空间。2.2.农田信息监测农田信息监测无人机农田信息监测主要包括病虫监测、灌溉情况监测及农作物生长情况监测等，是利用以遥感技术为主的空间信息技术通过对大面积农田、土地进行航拍，从航拍的图片、摄像资料中充分、全面地了解农作物的生长环境、周期等各项指标，从灌溉到土壤变异，再到肉眼无法发现的病虫害、细菌侵袭，指出出现问题的区域，从而便于农民更好地进行田间管理。无人机农田信息监测具有范围大、时效强和客观准确的优势，是常规监测手段无法企及的。无人机通过光谱仪对农作物病害进行观测，是通过不同的农作物，叶片光谱的反射率不一样，进而观测中所得到的谱线数据不同的原理进行的。同时，对于同一种叶片，健康和生病的光谱数据也存在差异。该无人机利用这一特性，通过仪器将生病的农作物找到，从而有选择地进行药物治疗。可将建立一个农作物病虫害光谱库，使无人机系统能识别更多的病虫害疾病，更好地对农作物病虫害进行防治。3.3.农业保险勘察农业保险勘察农作物在生长过程中难免遭受自然灾害的侵袭，使得农民受损。对于拥有小面积农作物的农户来说，受灾区域勘察并非难事，但是当农作物大面积受到自然侵害时，农作物查勘定损工作量极大，其中最难以准确界定的就是损失面积问题。农业保险公司为了更为有效地测定实际受灾面积，进行农业保险灾害损失勘察，将无人机应用到农业保险赔付中。无人机具有机动快速的响应能力、高分辨率图像和高精度定位数据获取能力、多种任务设备的应用拓展能力、便利的系统维护等技术特点，可以高效地进行受灾定损任务。通过航拍查勘获取数据、对航拍图片进行后期处理与技术分析，并与实地丈量结果进行比较校正，保险公司可以更为准确地测定实际受灾面积。无人机受灾定损，解决了农业保险赔付中勘察定损难、缺少时效性等问题，大大提高了勘查工作的速度，节约了大量的人力物力，在提高效率的同时确保了农田赔付勘察的准确性。4.4.播种、授粉、施肥播种、授粉、施肥近年来逐渐开展起来的农用无人机作业在化肥施撒、农作物授粉、播种等方面充分显示出优势，相比传统农用机械，首先无人机播种、施肥具有精准度高、效率高的特点，将农民从繁重的植保作业中解脱出来，利于规模化生产；其次无人机体积小巧，方便转场和运输；再次不受地形条件限制，适用性好；最后，无人机操控手通过地面遥控及 GPS 定位对其实施控制，不直接操作机器，有效避免人员伤亡，安全性高。这些都使得农用无人机成为农业植保领域研究和应用的热门机型，深受农户欢迎。江苏省林业科学研究院徐丽丽等人，通过收集 CNKI 数据库（2007 年-2016年）无人机在农业科技领域的文献，统计分析得出农林领域无人机研究主要机构和区域，如下表：该统计反映了北京、江苏、广东、黑龙江、吉林、河南、浙江等省份地区对无人机在农林科技领域的应用需求。此外，国内也已出现了较为成熟的应用于农业方面的无人机应用：1.1.河南洛阳河南洛阳深圳高科新农在河南洛阳设立了分公司“河南华农机械有限公司”。该公司主要将开展集无人机生产、销售、售后服务、培训，以及植保作业服务于一体的综合性农用无人机项目，可服务于洛阳市农业植保、谷子制种及生产、农情监测、森林防火、林业病虫害防治等方面。投产后将逐步形成年产 1000 架无人机的产能。未来 3 年将组建 300500 架农用无人机植保作业队伍，统防统治覆盖面积达到 50100 万亩。此外，洛阳市农机局、农业局、林业局等 7 家单位也与华南农业大学签署了合作协议，将在农用无人机购买、无人机驾驶培训、后期维修服务等方面开展合作。2.2.无锡汉和航空无锡汉和航空汉和正在建设一个面向全国的农业生产专业服务组织。100 家合资公司的建立，将成为汉和无人机在全国推广应用的基础设施。合资公司是与有一定实力的农资经销商或农机经销商共同组建的，集无人机销售、售后服务、零配件供应、订单信息反馈、飞手培训、展示表演、农作物解决方案提供等功能于一体，并且具备作业订单处理分配、植保产品供应、大数据分析采集等能力，又称为 7S 店。每个 7S 店区域内会组建 5-8 家飞防大队，进行实际飞防作业。合资公司与飞防大队的作业订单将由汉和总部统一调度，与汉和云做线上配合，共建大数据信息服务平台。二、国外无人机在农业方面的研究趋势二、国外无人机在农业方面的研究趋势近年来，国内外高校和企业都在进行无人机在精准农业应用上的研究，这些研究揭开了无人机除植保应用外的另外一个广阔的领域。美国北达科他州立大学卡林顿研究推广中心提出了 12 个应用方向。相信这些也将为国内农业无人机应用提供更多思路。1.1.识别出苗率和作物密度识别出苗率和作物密度无人机搭载相机，采集多光谱图像后，通过 MATLAB 软件进行密度计算。2.2.识别氮不足的小麦和玉米识别氮不足的小麦和玉米无人机搭载光学传感器采集田地中不同区域的红外遥感图像。这些红外图像数据将会在同一天内被校正、标定并处理，从而探测氮供给不足的作物。3.3.评价作物早期健康情况评价作物早期健康情况利用无人机采集了这些作物的多光谱图像，可预测产量潜能。4.4.了解疾病症状了解疾病症状无人机在疾病控制方面的其中一个应用就是了解大田中作物的发病率和严重程度，采集图像，分析数据，从而使农民在下一季的种植中能够更好地进行田间管理。5.5.寻找虫害症状寻找虫害症状农民需要监测作物的虫害情况，来决定杀虫剂应用的需求区域和剂量。虫害和识别研究尚在调研中。6.6.监测杂草侵害监测杂草侵害农民需要监测作物的杂草侵害情况，来决定除草剂应用的需求区域和剂量。7.7.监测作物水分需求状况监测作物水分需求状况农民需要监测作物的水分需求状况，来制定浇灌计划。热成像设备将支持水分胁迫信息的获取。8.8.记录耕作和作物轮作的影响记录耕作和作物轮作的影响农民需要监测耕作和作物轮作对作物出苗率、长势、产量的影响，来确定每年种植的作物种类和品种。9.9.监测牛群的繁殖活动监测牛群的繁殖活动繁殖成功率对获得能够盈利的牛肉产量至关重要。实时监测公牛和母牛的繁殖活动能够使养殖者注意到流动性问题。10.10.采集牛场的表层温度采集牛场的表层温度牛场的管理人员需要监测牛场的表层温度，并将其与动物的体温联系起来，来调整动物处在最佳温度范围内。11.11.探测牧场中的病牛探测牧场中的病牛养殖者需要尽快识别出牧场中的病牛，将其隔离。12.12.识别具有破坏行为的牲畜识别具有破坏行为的牲畜每天将会对牛群进行 3 次监测，以识别具有破坏行为的牲畜。由多光谱图像得出的数据将会与地面真实数据进行对比，以保证无人机获取数据的精确度，从而识别具有破坏行为的牲畜。综合以上无人机在农业方面的各类应用及发展趋势，要求未来无人机更精准、更智能、更高效，涉及无人机自身的结构、动力、通讯、续航等性能提升，以及配套的测绘、飞控、定位等技术支持。广东理工职业学院工业机器人学院无人机团队目前从事无人机自主研发及二次开发工作，拟成立无人机行业应用中心。其中，在农业行业应用方面，将以中山为基地，辐射周边地区，形成一套农业服务体系，包括产品设计研发、飞行应用培训、售后市场服务、作业流程优化等过程。