无人机技术在水稻生产中的应用

张黎黎

中国是一个人多地少、人均耕地面积匮乏的农业大国，用有限的耕地在不过度使用化肥和农药的前提下产出更多的粮食，从而发展可持续农业、消除饥饿、实现粮食安全，无人机技术与农业的结合是实现这些目标的有效途径之一。无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）最早应用于军事，自20世纪90年代以来无人机逐渐开始民用。目前，无人机主要应用于航拍测绘、抢险救灾、农业植保、精准农业、电力巡检等方面，无人机技术行业应用的探索与拓展一直是近年来学者们研究的热点。

1 无人机在喷施飞防方面的应用

近年来，随着农用无人机技术的快速发展，在水稻生产中利用无人机进行喷施飞防作业得到了大范围的普及。在国内，很多农户已经开始使用无人机对水稻喷施叶面肥、杀菌剂、杀虫剂等药剂进行田间管理作业。有学者研究了多旋翼无人机雾滴在水稻冠层的分布规律，结果表明，多旋翼无人机喷施的雾滴在水稻冠层分布的均匀性和穿透性都十分理想。大量研究表明，无人机作业产生的喷雾雾滴粒径小，在水稻冠层单位面积药剂沉积量大，分布均匀性好，能够很好地满足作业要求。此外，农用无人机与地面传统作业机械相比在水稻田间开展作业不受地形限制，可以保护作业人员免受吸入药剂的风险，并且可以减少劳动力的使用，降低管理成本，大幅提高水稻田间管理效率。并且能够极大地缩减农药和化肥的用量，进一步响应了国家农业部提出的“双减（减肥减药）”政策。

2 无人机在农情监测方面的应用

传统的稻田农情信息采集和获取主要依靠人工来完成，这不仅费时费力，且结果易受到人为主观性影响。同时，以“点”为监测对象的监测方式已经难以满足在精准农业的大背景下对大面积农田农情监测的需求。无人机低空遥感技术以其空间分辨率高、机动灵活性强、重访周期短等特点，使準确、高效、能够以“面”为对象的农情监测方式成为可能。在水稻生长过程中，叶绿素水平、氮素含量等的变化会引起水稻冠层对光的反射率的变化，这是利用无人机对水稻等作物进行农情监测的理论基础。使用无人机对稻田进行农情监测大致可分为两种手段：一种是使用无人机搭载数码相机获取农田的数码影像，使用Pix4Dmapper、大疆制图等软件对图像进行拼接，之后通过图像中的颜色信息、纹理信息、特征信息，运用图像处理技术或建立相关模型得到农学参数；另一种方法是使用无人机平台搭载光谱仪获取作物的光谱影像，该方法相比上述方法而言，弥补了普通RGB影像颜色波段少的不足，所得到的光谱影像信息量大大提高，所得结果更为精细准确。有学者利用无人机搭载高光谱相机获取了水稻分蘖期冠层高光谱图像，利用深度学习算法较为准确地获取了水稻氮素、叶绿素的相对含量，并建立了水稻关键追肥节点的追施量决策模型，在不影响产量的前提下，相比传统的追肥方式使氮肥追施量减少约30%。

3 无人机平台配置

近年来，国内外无人机行业发展势头迅猛，涌现出一大批自主创新力强的无人机生产企业，其中以我国的深圳市大疆创新科技有限公司、广州极飞科技股份有限公司、广州亿航智能技术有限公司，美国的3D Robotics公司、法国的Parrot公司等为代表。

目前可供选择的植保无人机品类较多，行业领先的是由大疆创新公司研发生产的T30系列。该植保无人机拥有由8组电磁阀进行独立控制的16喷头，可载重30公斤药箱，最优喷幅为9米，大田喷洒效率达240亩/小时。在无人机光谱数据获取平台方面，业界使用较多的无人机光谱平台为深圳大疆创新公司生产的经M300、M600PRO六旋翼无人机等。高光谱仪多采用四川双利合谱公司生产的GaiaSky-mini高光谱成像系统、芬兰Rikola高光谱相机等。