郝雅潔 史維杰 趙明霞 呂致 胡欣宇 李富忠

摘 要：無(wú)人機(jī)技術(shù)經(jīng)過近些年的不斷創(chuàng)新改革，從軍事領(lǐng)域逐漸被應(yīng)用到民用領(lǐng)域，日漸普及大眾化。將新型的無(wú)人機(jī)引入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)步。通過無(wú)人機(jī)可以從高空獲取農(nóng)田作物的數(shù)據(jù)信息，監(jiān)測(cè)并對(duì)其進(jìn)行分析，還可以對(duì)農(nóng)田進(jìn)行噴灑農(nóng)藥工作，預(yù)防病蟲害對(duì)作物的產(chǎn)量造成影響，降低收益。將高科技無(wú)人機(jī)與農(nóng)業(yè)結(jié)合，能夠節(jié)約人力物力的成本，提高生產(chǎn)效率。文章從無(wú)人機(jī)的概念、發(fā)展史、優(yōu)勢(shì)、存在問題和對(duì)策以及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了討論，進(jìn)一步描述了無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)方面的作用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)技術(shù);農(nóng)業(yè);農(nóng)情監(jiān)測(cè);農(nóng)事操作;數(shù)據(jù)信息;定位遙感

中圖分類號(hào)：TP242;S252文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）09-00-04

0 引 言

我國(guó)農(nóng)業(yè)種植已有很長(zhǎng)的歷史，早期的農(nóng)耕需要農(nóng)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(fèi)時(shí)間、人力與物力，并且人工勞作的效率也不高，影響了我國(guó)農(nóng)業(yè)的進(jìn)步發(fā)展。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技也在不斷創(chuàng)新發(fā)展，高科技技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為了促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)效率，政府出臺(tái)了許多將高科技與農(nóng)業(yè)結(jié)合的相關(guān)政策[1]。例如，政府提出了“科教興農(nóng)”戰(zhàn)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(shí)，還需要保障生態(tài)環(huán)境的美好，以獲得健康生態(tài)產(chǎn)品。”所以為了獲得優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，需要從農(nóng)業(yè)種植源頭來(lái)進(jìn)行改善，將高科技帶來(lái)的綠色環(huán)保高效應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的可持續(xù)化發(fā)展[2]。因此將近年來(lái)發(fā)展迅速的無(wú)人機(jī)技術(shù)用于農(nóng)耕，代替人力操作，轉(zhuǎn)變農(nóng)耕方式[3]，大力推行“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”[4]。

無(wú)人機(jī)，顧名思義就是不需要人來(lái)駕駛的一種飛行器，因?yàn)椴豢紤]駕駛員，所以其體積比飛機(jī)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(dān)心發(fā)生駕駛員的傷亡問題[5]。無(wú)人機(jī)內(nèi)部帶有導(dǎo)航系統(tǒng)可以自動(dòng)駕駛，也可以通過無(wú)線遙控來(lái)控制無(wú)人機(jī);還搭載著各種傳感器，可以執(zhí)行其他任務(wù)[6]，如定位遙感、跟蹤，從而精確獲取所需數(shù)據(jù)，效率較高，將多種高科技集聚一起[7]。無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，涉及到噴灑農(nóng)藥、監(jiān)測(cè)作物蟲害、勘測(cè)地形等工作。無(wú)人機(jī)根據(jù)不同工作任務(wù)的種類，大致有固定翼式、多旋翼式以及直升機(jī)式三大類，其各有利弊，根據(jù)不同實(shí)際情況選擇合適的機(jī)型[8]。無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展。農(nóng)用無(wú)人機(jī)單位類型如圖1所示。

1 無(wú)人機(jī)發(fā)展史

無(wú)人機(jī)的發(fā)展是經(jīng)過了幾個(gè)不同階段的應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)階段都會(huì)有相應(yīng)代表性的不同功能類型的無(wú)人機(jī)產(chǎn)物，如戰(zhàn)斗無(wú)人機(jī)、遙感無(wú)人機(jī)、植保無(wú)人機(jī)等。近些年無(wú)人機(jī)才漸漸被人們熟知，走進(jìn)人們的生活視線中。無(wú)人機(jī)的產(chǎn)生最早是用于軍事戰(zhàn)爭(zhēng)，是根據(jù)戰(zhàn)爭(zhēng)使用的戰(zhàn)斗機(jī)改造來(lái)的[6]，但是其價(jià)格較昂貴，成本較高。而后因?yàn)槠浔憬菪?、先進(jìn)性、成本相對(duì)降低，又被推廣應(yīng)用于民用領(lǐng)域[9]，如對(duì)不適合人員踏入的崎嶇偏僻山嶺的地質(zhì)地貌監(jiān)測(cè)，利用帶遙感的無(wú)人機(jī)對(duì)某地區(qū)的信息情況進(jìn)行獲取采集等。近些年，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，應(yīng)用不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已初步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，并取得了顯著的成就，有著光明的應(yīng)用前景[5]。

國(guó)外將無(wú)人機(jī)推向農(nóng)業(yè)應(yīng)用嘗試還是較早的，首架用于農(nóng)業(yè)方面的無(wú)人機(jī)是由日本一家公司于20世紀(jì)90年代發(fā)明的，用于對(duì)田間進(jìn)行噴灑農(nóng)藥，預(yù)防蟲害發(fā)生。這么多年來(lái)，逐步發(fā)展到對(duì)農(nóng)田進(jìn)行蟲害以及自然災(zāi)害的防御[3]。因?yàn)樵谖覈?guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)還是遠(yuǎn)落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家水平，起步時(shí)間晚，應(yīng)用時(shí)間短，起初對(duì)較大型農(nóng)田、森林進(jìn)行農(nóng)藥噴灑，使用的是有人機(jī)進(jìn)行操控。然而使用有人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥的噴灑，弊端是其噴灑范圍是有限的，但無(wú)人機(jī)就能很好地解決這個(gè)問題，它不受地形大小的限制。無(wú)人機(jī)體積小，操作起來(lái)靈活、方便，可以隨時(shí)起降，更適合于不方便進(jìn)行地面操作的狀況，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中深受重視[10]。但是由于我國(guó)農(nóng)業(yè)歷史悠久，農(nóng)民思想傳統(tǒng)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(jìn)的高科技技術(shù)，用于農(nóng)業(yè)的無(wú)人機(jī)類型還比較單一[2]。

基于遙感的無(wú)人機(jī)在某些方面要優(yōu)于遙感衛(wèi)星，如成本相對(duì)較低、操作方便、獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間短等。利用遙感可對(duì)農(nóng)作物的信息進(jìn)行獲取，如作物的生長(zhǎng)期、表型信息、覆蓋率等，為農(nóng)情監(jiān)測(cè)提供依據(jù)[12];還可以將紅外、圖像分析等技術(shù)結(jié)合到無(wú)人機(jī)上進(jìn)行更精確地監(jiān)測(cè)與跟蹤，獲取更全面的地表、作物的信息，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理[2]。我國(guó)還應(yīng)大力研發(fā)更低成本、效率高的用于噴灑農(nóng)藥型的無(wú)人機(jī)，并在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛推廣，讓農(nóng)民早日擺脫農(nóng)藥的殘害，保障人們的人身安全，盡早地解放農(nóng)民的勞動(dòng)力、生產(chǎn)力[13]。

2 無(wú)人機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)策

無(wú)人機(jī)之所以能在很多領(lǐng)域被大力推廣，是因?yàn)槠溆泻艽蟮膬?yōu)勢(shì)。然而因?yàn)闊o(wú)人機(jī)技術(shù)還處于起步時(shí)期，必然會(huì)存在一些問題。深入了解了這些優(yōu)缺點(diǎn)，才能更好更快地推動(dòng)其發(fā)展[14]。

2.1 優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)體型相對(duì)較小，方便攜帶移動(dòng)，運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低，對(duì)作業(yè)環(huán)境條件要求不高，尤其適用于代替人去偏僻的山區(qū)以及交通不便的地區(qū)進(jìn)行工作，風(fēng)險(xiǎn)低，在飛行過程中如果發(fā)生快沒電的情況，它就會(huì)自動(dòng)停止工作進(jìn)行返航，保障了設(shè)備的運(yùn)行安全[2]。無(wú)人機(jī)的飛行高度可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)控，一般是垂直升降，靈活性好，在農(nóng)業(yè)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(chǔ)視野廣闊的農(nóng)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(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確，便于之后監(jiān)測(cè)、跟蹤等分析工作的實(shí)時(shí)進(jìn)行，作業(yè)效率高。以無(wú)人機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工去獲取分析數(shù)據(jù)，不僅節(jié)省人力，效率高，時(shí)間短，防止人工造成誤差[16]，而且還能避免人工以及其他機(jī)械進(jìn)入田地對(duì)農(nóng)作物的損害。使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)工作，如噴灑農(nóng)藥，可以節(jié)省人力物力，不用農(nóng)民親自背上沉重的藥箱去田里噴藥。人工噴灑可能會(huì)造成噴灑不均勻、浪費(fèi)，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且自身還得做好防護(hù)措施，避免農(nóng)藥對(duì)人體造成傷害。使用無(wú)人機(jī)去田里噴灑農(nóng)藥，會(huì)避免這些問題的發(fā)生，提高生產(chǎn)效率，既節(jié)約環(huán)保又安全，灌溉作業(yè)也同樣有此優(yōu)勢(shì)[17]。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用無(wú)人機(jī)，能夠幫助農(nóng)民提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)步。

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