無人機技術(shù)的農(nóng)業(yè)應用價值探究

楊 帥

(天府新區(qū)航空旅游職業(yè)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(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復使用的無人駕駛航空器[1]。無人機與遙感技術(shù)的結(jié)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(shù)，具有自動化、智能化、專題化快速獲取國土、資源、環(huán)境等的空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)的處理、建模和應用分析能力的應用技術(shù)。該技術(shù)具有低成本、低損耗、低風險且可重復使用等諸多優(yōu)勢，其應用領(lǐng)域從早期的偵察、預警等軍事領(lǐng)域擴大到資源勘測、氣象觀測、農(nóng)田作物管理及農(nóng)藥噴灑等領(lǐng)域。無人機遙感技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的完美契合，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，對我國加快精準農(nóng)業(yè)的規(guī)劃與建設(shè)、提高農(nóng)業(yè)發(fā)展水平起到了關(guān)鍵性作用。

二、無人機遙感技術(shù)的特點及優(yōu)勢

傳統(tǒng)的遙感技術(shù)是利用衛(wèi)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(shù)據(jù)，由于其分辨率較低，在小時空尺度的數(shù)據(jù)采集分析方面存在很大問題，并且該技術(shù)易受到云層阻隔及空間輻射等因素影響。無人機遙感技術(shù)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(shù)。

如今，小型無人機這類新型遙感平臺，成本低，彌補了傳統(tǒng)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(jiān)測等領(lǐng)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(shù)據(jù)進行分析處理，自動或人工對其進行實時的任務(wù)設(shè)定及航線調(diào)整等[2]。

無人機遙感技術(shù)主要優(yōu)勢有：(1)區(qū)別于地面人工探測的飛行作業(yè)方式，不受農(nóng)田復雜環(huán)境影響和空間限制，替代人工進行全方位探測；(2)可根據(jù)任務(wù)形式的區(qū)別而搭載不同的遙感傳感器，如高分辨率CCD數(shù)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(fā)現(xiàn)異常的區(qū)域；(3)因具備機動性、便捷性特點，節(jié)約了成本，使應對突發(fā)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(shù)據(jù)，建模、分析，精準指導田間管理[3]。因此，無人機遙感技術(shù)具備精準農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的條件，對探測、診斷、處理農(nóng)田問題具有廣泛應用價值。

三、無人機在農(nóng)業(yè)上的應用現(xiàn)狀

在上世紀末，國外已開始在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域嘗試使用無人機，主要在農(nóng)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(nóng)藥噴灑的無人機，海外發(fā)達國家近30年來始終在農(nóng)藥噴灑和災害防御方面依賴無人機，我國因該技術(shù)起步較晚，在20世紀50年代，才逐漸開始農(nóng)業(yè)航空噴灑的研究與應用，主要應用于大范圍的森林、農(nóng)墾區(qū)和農(nóng)田。由于國內(nèi)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(nóng)藥噴灑。無人機正好解決了地形和規(guī)模限制，具備控制靈活、高效、高精準的優(yōu)勢，必將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械快速發(fā)展的領(lǐng)域[4]。

四、主要問題和應用展望

(一)主要問題

無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的價值愈發(fā)突顯，但仍存在諸多問題：(1)農(nóng)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(xù)航時間，同時也不能搭載大質(zhì)量遙感設(shè)備，限制使用條件；(2)無人機受到航線規(guī)劃、搭載設(shè)備功效及飛行高度等影響，傳回的圖像質(zhì)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(tài)難以按規(guī)劃航線飛行[5]。

(二)應用展望

1.高時效性資源監(jiān)測

資源監(jiān)測已由傳統(tǒng)獲取資源的數(shù)量、位置向監(jiān)測資源的動態(tài)變化方向轉(zhuǎn)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(yè)資源(如木質(zhì)資源和林地面積變化、監(jiān)測野生動物等)、森林防火、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域。

2.監(jiān)測病蟲害、外來入侵生物

全球經(jīng)濟一體化發(fā)展愈發(fā)激烈，提升了國際間貿(mào)易頻率，導致有害生物入侵林業(yè)，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(shù)手段，如無人機遙感、地理信息系統(tǒng)和GPS等，構(gòu)建病蟲害、外來入侵生物的監(jiān)測預警技術(shù)體系，研究生物災害的發(fā)生動態(tài)、風險評估和預測預報，對生態(tài)安全保護領(lǐng)域意義重大[6]。

3.規(guī)劃、建設(shè)新農(nóng)村

構(gòu)建社會主義和諧社會的重要基礎(chǔ)即社會主義新農(nóng)村的建設(shè)，而無人機適用于城市建筑物密集地區(qū)及地形復雜地區(qū)，在城鎮(zhèn)規(guī)劃、國土資源調(diào)查、新農(nóng)村建設(shè)和航海測繪等多領(lǐng)域具有重要的應用價值。

作為新型遙感平臺，無人機在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)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(fā)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(wù)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(yōu)勢。目前，多光譜傳感器發(fā)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(fā)潛力。

五、結(jié)論

無人機遙感技術(shù)具備自動化、智能化、信息化、數(shù)據(jù)化等優(yōu)勢，能夠快速獲取信息。如果可以深度研發(fā)，使其續(xù)航時間延長、載重能力加強，同時研發(fā)輕質(zhì)量的掛載遙感設(shè)備，并對其飛控系統(tǒng)進行開發(fā)研究，這樣將與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)完美契合，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有更加廣闊的應用前景。