无人机技术的农业应用价值探究

杨 帅

(天府新区航空旅游职业学院 四川 眉山 620860)

一、背景概述

无人驾驶飞机简称无人机(Unmanned Aerial Vehicle，缩写UAV)，是一种有动力、可控制、可携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶航空器[1]。无人机与遥感技术的结合，是利用先进的飞行器无人驾驶、遥感传感器、通讯、遥测遥控、GPS差分定位等技术，具有自动化、智能化、专题化快速获取国土、资源、环境等的空间遥感信息，完成遥感数据的处理、建模和应用分析能力的应用技术。该技术具有低成本、低损耗、低风险且可重复使用等诸多优势，其应用领域从早期的侦察、预警等军事领域扩大到资源勘测、气象观测、农田作物管理及农药喷洒等领域。无人机遥感技术与现代农业的完美契合，在农业领域具有广阔的应用前景，对我国加快精准农业的规划与建设、提高农业发展水平起到了关键性作用。

二、无人机遥感技术的特点及优势

传统的遥感技术是利用卫星和大型飞机作为遥感平台，可大面积观测并获取综合性数据，由于其分辨率较低，在小时空尺度的数据采集分析方面存在很大问题，并且该技术易受到云层阻隔及空间辐射等因素影响。无人机遥感技术是利用无人机搭载各种信息传感器、遥感器而形成的非接触、远距离探测目标地物的技术。

如今，小型无人机这类新型遥感平台，成本低，弥补了传统遥感的缺陷，还因其搭载的遥感仪器体积小、重量轻、抗震性能好，在局部遥感和应急监测等领域具有突出功效。目前，较为先进的无人机一般重10 kg左右，搭载有合成的多功能探测器，能够采集多波段光谱信息，借助地面的操控站对无人机实施远程操控，对传回的飞行数据进行分析处理，自动或人工对其进行实时的任务设定及航线调整等[2]。

无人机遥感技术主要优势有：(1)区别于地面人工探测的飞行作业方式，不受农田复杂环境影响和空间限制，替代人工进行全方位探测；(2)可根据任务形式的区别而搭载不同的遥感传感器，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，多光谱成像仪、磁测仪、合成孔径雷达等，地物分辨率高，不再受云层影响，客观精准地反映发现异常的区域；(3)因具备机动性、便捷性特点，节约了成本，使应对突发灾害快速响应能力和探测巡查的效率得以提高；(4)后期地面人员可利用计算机快速处理获取遥感数据，建模、分析，精准指导田间管理[3]。因此，无人机遥感技术具备精准农业科技发展的条件，对探测、诊断、处理农田问题具有广泛应用价值。

三、无人机在农业上的应用现状

在上世纪末，国外已开始在农业领域尝试使用无人机，主要在农田、果园、菜园的病虫害防止方面加以使用。日本山叶公司早在1990年就率先推出全球第一架用于农药喷洒的无人机，海外发达国家近30年来始终在农药喷洒和灾害防御方面依赖无人机，我国因该技术起步较晚，在20世纪50年代，才逐渐开始农业航空喷洒的研究与应用，主要应用于大范围的森林、农垦区和农田。由于国内土地使用政策和体制存在特殊性，无法大范围种植，致使无法大范围实施农药喷洒。无人机正好解决了地形和规模限制，具备控制灵活、高效、高精准的优势，必将成为现代农业机械快速发展的领域[4]。

四、主要问题和应用展望

(一)主要问题

无人机技术在农业领域的价值愈发突显，但仍存在诸多问题：(1)农用无人机主要包括电动、油动和油电混合无人机，目前电动无人机应用最广。而电动无人机承重能力差，无法携带大量电池，影响续航时间，同时也不能搭载大质量遥感设备，限制使用条件；(2)无人机受到航线规划、搭载设备功效及飞行高度等影响，传回的图像质量有时不能满足特定要求，同时后期图像信息的校对、匹配及拼接难度大；(3)电动无人机受风影响极大，在高于4级风时，飞行姿态难以按规划航线飞行[5]。

(二)应用展望

1.高时效性资源监测

资源监测已由传统获取资源的数量、位置向监测资源的动态变化方向转变，无人机具备高时效性，可及时收集资源变化信息，将广泛应用于林业资源(如木质资源和林地面积变化、监测野生动物等)、森林防火、生态环境等领域。

2.监测病虫害、外来入侵生物

全球经济一体化发展愈发激烈，提升了国际间贸易频率，导致有害生物入侵林业，进而扩散、成灾。新的有害生物入侵加剧，威胁不断攀升；原本入侵的有害生物(如松材线虫病等)也在不断扩散。利用高新技术手段，如无人机遥感、地理信息系统和GPS等，构建病虫害、外来入侵生物的监测预警技术体系，研究生物灾害的发生动态、风险评估和预测预报，对生态安全保护领域意义重大[6]。

3.规划、建设新农村

构建社会主义和谐社会的重要基础即社会主义新农村的建设，而无人机适用于城市建筑物密集地区及地形复杂地区，在城镇规划、国土资源调查、新农村建设和航海测绘等多领域具有重要的应用价值。

作为新型遥感平台，无人机在现代农业领域得到广泛应用。遥感正朝着高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率方向发展。电磁波必须通过大气层才能让航天平台接收，这期间必定受到地面天气及云层的影响，导致重访周期无法有效缩短，时间分辨率很难提高。而无人机处于云层下方，很少受云层阻碍，其航摄任务也几乎不受天气影响[6]。

无人机遥感不但能提高时间分辨率，并且在提高空间分辨率方面，也同样具有优势。目前，多光谱传感器发展水平有很大提高，重量和体积大幅度降低，使得无人机遥感在提高光谱分辨率方面突发潜力。

五、结论

无人机遥感技术具备自动化、智能化、信息化、数据化等优势，能够快速获取信息。如果可以深度研发，使其续航时间延长、载重能力加强，同时研发轻质量的挂载遥感设备，并对其飞控系统进行开发研究，这样将与现代农业完美契合，在农业领域具有更加广阔的应用前景。