无人机在农业发展中的应用

金礼芬，蒲 建，杨文斌，郑永航，祝小梅

（1.吉利学院，成都 641423；2.四川农业大学，成都 611130）

传统的耕作方式在工时上非常费力，并且很多情况下得到的粮食产量和付出的劳动不成正比，阻碍了我国农业的发展。随着时代的进步，我国农业技术也在发展和进步，为了提高我国农业的生产效率，转换生产模式，政府部门也在一直努力，出台了很多相关的政策。无人机就是当下应用比较广泛的一种耕作和播撒农药的方式。国家大力发展“互联网+农业”的生产模式。无人机主要的作用有耕地面积与边界测绘、播种，还可以应用在病虫害勘测、物流配送和乡村电力巡查等方面。无人机在农业中是起着转型农村耕作方式的作用，加速农业文化的进步，实现耗费更少的人力物力，获得更多的农业产品和提高农业生产的效率。

1 无人机在国内外农业中的应用

1.1 无人机在国外农业中的应用

无人机在现代农业中起到很重要的作用，加快了农业的信息化和科技化，具体体现在无人机的无人监测、信息化农业方面。

农田植被数据监测方面。美国宇航局的Pathfinder-Plus 无人机早在2002 年就可以实现1 500 hm2的监测范围，使用其光谱成像仪拍摄耕作画面，并进行实时传输，分析、监督农作物的异常情况，进而能够及时处理。2013 年José Manuel Pena mail 使用了一种新技术，对玉米地的杂草进行分析，这种创新的方法就是光谱相机的使用，其可以生成一个杂草网络结构图，对其进行分析得到科学的除草剂使用量。

农田土壤分析及规划。近些年，国外对无人机在土壤监测分析中的价值日益重视。农作物种植是比较烦琐的，需要判断土壤的状态是否适合种植，当采用无人机对土壤进行监测。在种植过程中有不可代替的作用。21 世纪初期，法国学者Amélie Quiquerez 对农田土壤使用无人机进行监测，得到了土壤表面的特征结构图，这个结构图可以映射5 cm 空间分辨率下的土壤的状况。这种方式已经应用于Burgundy 葡萄园，现在已有近10 年的土壤侵蚀数据可用。

农田喷洒方面的研究。20 世纪90 年代，日本开始将遥控直升机用于果树、大田作物和蔬菜的农药喷施作业中，实现了合理施肥，保证了农作物品质。自1990 年日本千山公司推出了第一款用于喷洒农药的无人机之后，由于其尺寸小、作业灵活和喷洒效果好，极其适应日本的农业种植面积小、地块分散的特点，因此无人机喷洒作业已在日本广泛使用并取得良好效果。研究证明，无人机喷洒农药具有其他喷洒方式不具备的优势，如液滴雾化程度高、雾滴流场的输运特性及雾滴穿透性好等。

1.2 无人机在我国农业中的应用

近些年，我国也开始在农业领域应用无人机作业，在农业保险赔付、小面积农田的农药喷施和农情监测等方面都取得了一定的进展。目前，依据现有农情需求，我国着力发展低空无人机遥感监测系统，弥补我国农业领域内对农田实时监测的不足。

在种植农作物时无人机可以有效监测土壤的湿度，这是在农业种植中非常重要的一项指标。监测土壤湿度时可以有效避免干旱、农作物水涝和判断农作物的长势。无人机监测土壤湿度有时效性高、成本低廉和携带方便等优点。可以应用在土地面积大、地势不好的地方。

20 世纪50 年代，无人机在空中喷洒方面就有研究和应用，可以对农作物和大型森林进行农药喷洒。此外，环境恶劣地区同样适合使用无人机进行喷洒作业。

2 无人机在农业中的应用现状

2.1 农业监测应用

无人机可以在农业中监测植被的覆盖率、病虫害和土壤的湿度等，可以代替传统的人工观察监测。跟传统的人工观察监测相比，无人机监测准确度更高，效率更高，可以根据监测结果对植物的病虫害、土壤的湿度及时地进行治理和改善。对作物型表面的研究是近年内研究的热点和重点。无人机的航拍结果，可以一定程度上反映农作物的生长情况，根据农作物的生长情况，可以合理预估农作物的产量。对病虫害的监测可以用到光谱传感器，健康状况不同的农作物的光谱特征也不同，通过这样的方式可以及时发现不健康的农作物，因此可以有效避免农作物减产。还可以利用光谱传感器的特征参数，对土壤、水质是否被重金属污染进行检测，对不同作物的类别进行分析后得到不同类别的精准分类。这些数据有利于管理者对农业的精准管理，提升经济效益，对农业有很大的推动。无人机还可以应用在牧群的监测方面，这个主要应用的地域为草原。牧草主要是供给牲畜食用的，如何实现合理放牧，不至于毁坏草原让牲畜得到最大程度的喂养，传统的方法就是由专门放牧的人看着羊群，人为监测草原情况。这样的方式效率低下。可以采用无人机跟踪放养的牧群，排查围栏的情况。在无人机上装设高清热成像仪和在夜间可以使用的摄影机，随时传输监测牧群画面。

2.2 农事操作应用

无人机的另外一个作用就是农事操作，使用最多的就是对农药的喷洒操作。其可以进行高空操作、不受地形因素的限制、稳定性较好。

采用无人机进行作业可以避免天气变化受到的影响，无论刮风下雨还是酷暑寒潮都可以进行操作。无人机非常智能，其可以根据需要，事先设定好飞行路线进行喷洒作业，通过红外光谱传输数据到系统上，对喷洒情况及时分析和改良。无人机喷洒可以防止与农药直接接触，不会对人体造成伤害，安全可靠、提高生产率。无人喷洒，可以做到均匀分布、节约用水和用药，对环境非常友好，不会造成土壤污染。

2.3 节水农业中的应用

当下水资源匮乏，我国的农业用水量又大。在大力发展农业的情况下如何发展节约用水技术是农业生产中的一大重要事项。节水农业研究的重要参数之一就是土壤的水分监测，土壤水分监测可以了解土壤的状况，对农作物的生长作出适当评估，准确对农作物灌溉方式进行分析，有利于农作物的生长及节约用水。传统的土壤监测具有监测时间短、监测范围窄和同时性较差的缺点。无人机监测就可以解决这些问题，利用微波传感技术、近红外线遥感技术和远红外遥感技术进行监测，可以扩大监测范围得到准确监测数据。无人机在监测时可以得到图像，通过图像和数据进行分析，确保土壤水分监测的合理性。这种监测方法成本较低，时效性和实用性较好。我国农业发展的主要趋势是精准化和智能化，无人机应用在农业中具有社会和经济价值。但是无人机在节水农业中的应用还是较少，需要进一步扩大其应用范围。这对于我国农业用水的节约具有非常重要的意义。

2.4 其他方面的应用

除了上述的应用外，无人机还可以应用在地形检测、播种、农村规划和农业物流等方面，无人机的应用是非常广泛的，未来发展的潜力也是比较大。

3 无人机在农业应用中存在的优势和劣势

3.1 无人机在农业应用中存在的优势

无人机的优点包括：一是无人机的效率非常高，其可以不受地势位置、不受天气状况影响，不伤害人员身体健康。可以提高农业作业的效率，精确度较高，减少劳动人员的数量。无人机可以实现空中播种，这样的播种方式是非常高效和有用的，对农业的改造具有很重要的意义。二是无人机可以实现自动化作业，预先设计程序，自动播撒、自动监测等工作，有效推动智慧农业，实现农业的自动化管理和生产。三是无人机可以通过地面控制实现多功能、全方位的覆盖当前的农业生产。

3.2 无人机在农业应用中存在的劣势

无人机在农业中的应用也存在缺点。一方面遥感技术是无人机在作业中应用的手段，但是并不是所有人都会操作这个系统，要想使用这个系统就必须进行专业的学习，但是市场上专业人才短缺。普通农民文化知识比较低，无法操作无人机，只能去请专业人员，导致生产成本增加。另一方面无人机不能一直在空中进行飞行作业，其飞行距离和时间都是有限的，一般飞行时间在20～30 min，因为无人机使用的是蓄电池供能，其供能时间是有限的。在使用无人机喷洒作业时需要将农药、溶液及传感器装在无人机上，这就要求无人机的载重能力够好，当前这方面还比较欠缺，所以就导致喷洒作业是有限的，并且还会导致数据传输能力有限。无人机还会受到天气影响，天气不好会导致传入系统的数据不准确，影响管理者分析农作物的生长情况。此外，政府与行业的标准不完善。政府是发展无人机在农业中应用的推动者和保障者，出台了很多帮扶政策、法规和标准，但是出台的标准种类很多，有不同的标准要求，没有统一的规定，这样就导致无人机在作业时分析就不知道到底该遵从哪一项标准。当前我国还没有形成行业准入—生产—作业—环保检测—评价反馈的标准体系。这些问题都会影响无人机在农业中的应用。

4 结束语

无人机的应用对农业的发展起到了促进作用，可以提高农业产量、提高栽种效率和监测农作物生长情况，提高农作物产量，这对未来实现农业的智慧化、自动化及信息化都有很大的意义。无人机在农业发展中的应用已经成为了各个高校和研究机构研究的重点和热点。这样有利于推动农业的自动化、信息化和智慧化的发展，进而提高农田的生产。