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植保無人機發展迅速,作業對象幾乎覆蓋所有農作物

作者:蘭玉彬, 王國賓 更新時間:2019-10-30 點擊量:627

精準農業航空技術即通過空中和地面遙感,采集并解析具有地理位置的農田中的作物長勢、病蟲草害、生長環境等農情信息,再將農田分為作業網格,依據不同的農情制定不同的作業處方圖,并對網格進行按需作業,即精準施藥或精準撒播等。

 

精準農業航空概念圖(左)及系統組成部分(右)

 

作為精準農業航空技術中重要的組成部分,植保無人機近年來在中國發展迅速,根據全國農技推廣中心的不完全統計,2018年專業化組織購買的可使用的無人機數量為30 478架,總作業面積26 659萬畝次。在作業效率、噴灑效果、不傷農作物、減少勞動力以及避免施藥者污染等方面,植保無人機都具有地面背負式噴霧所無法替代的優勢;同時從資源利用率上來講,植保無人機采用的低容量施藥方式,可以有效減少農藥的使用次數及使用量,提高農藥有效利用率并減少90%以上的用水量。

 

國內部分典型植保無人機照片

 

現階段,植保無人機的作業對象幾乎覆蓋了所有農作物,瓜果蔬菜如蘋果、葡萄、柑橘、豇豆、小白菜和各種經濟作物棉花、花生、油葵、油菜、茶園等,并且取得了理想的防治效果。在植保無人機作業過程中,飛行的精準性以及穩定性、噴灑系統的霧化效果、作業參數以及藥劑類型的選擇都對病蟲害的防治效果具有顯著的影響。

 

現階段國內的植保無人機基本都安裝有GPS等定位導航系統,作業基本能實現精準飛行,部分產品依托于RTK定位導航技術能夠實現厘米級精準飛行;在噴灑系統方面,國內絕大多數植保無人機選擇安裝有液力式噴頭,部分選擇安裝轉盤霧化噴頭,基本滿足低容量-超低容量噴灑另外針對于不同作物的作業參數優化以及藥劑的選擇,國內的科研單位包括國家精準農業航空施藥技術國際聯合研究中心、農業部南京農業機械化研究所、中國農業科學院植物保護研究所、吉林大學、沈陽農業大學等單位都做了大量的工作研究。此外,包括在高低速風洞中進行風場及霧滴飄移測定、飄移預測模型構建、靜電噴霧技術、無線傳感網絡監測霧滴沉積等研究也正在逐步進入實際應用階段。

 

國家精準農業航空中心農業航空風洞實驗室

 

國家精準農業航空中心研發的靜電噴頭與無線沉積測定傳感系統

 

國家精準農業航空中心研發的RTK定位系統

 

除植保藥劑噴灑外,小型無人機作為低空遙感平臺,可以對農田信息進行監測,快速、靈活獲取高分辨率的低空遙感圖像,并通過對數據進行后期處理、挖掘和建模,來獲取更詳盡的農情信息,這對傳統的農田信息獲取是一種有效的補充,對精準農業航空的實現也具有重要的作用。無人機低空遙感影像采集系統主要由傳感器、無人機、地面控制系統、數據處理軟件四部分組成,其中常用于農作物信息采集的傳感器有數碼相機、高光譜相機、多光譜相機、紅外熱成像儀以及激光雷達等。

 

盡管無人機遙感在農作物的病蟲害以及雜草的監測中有非常多的研究,但是多數研究成果僅僅適用于當次獲取的無人機遙感影像,研究方法或模型難以在實際應用推廣,其主要原因之一在于農作物的生長具有周期性、連續性、季節性和地域性,對于同一種病害在作物不同生長時期表現特征和光譜響應特征有所差異。同理,不同地域、不同農作物品種的遙感影像也具有差異性。因此,目前已有的研究成果多數不具有普適性、穩定性和通用性。即使在單次的遙感試驗中獲得很高的識別率,但并不能保證用于其他時刻獲取的遙感數據的有效性。此外,目前已有的軟件如ENVI的光譜庫主要用于地物識別,農作物病蟲害的光譜數據庫以及圖像數據庫等仍處于空白階段。

 

國家精準農業航空中心應用的無人機遙感監測平臺組成設備

 

精準農業航空系統由遙感系統、地理信息系統、精準導航系統、變量噴施系統等多個系統組成,盡管仍處于起步階段,但是近年來發展迅速。伴隨著無人機硬件平臺與軟件控制、大數據分析、人工智能以及深度學習的發展,農學、植保的經驗知識正在與遙感信息與模型進行有效整合,這將極大促進精準農業航空技術的成熟與完善,提高我國農田管理與農業機械化水平。


來源:中國植物保護學會

tag: 精準農業  航空技術  無人機  

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