無人機技術在水稻生產中的應用

張黎黎

中國是一個人多地少、人均耕地面積匱乏的農業大國，用有限的耕地在不過度使用化肥和農藥的前提下產出更多的糧食，從而發展可持續農業、消除饑餓、實現糧食安全，無人機技術與農業的結合是實現這些目標的有效途徑之一。無人機（unmanned aerial vehicle，UAV）最早應用于軍事，自20世紀90年代以來無人機逐漸開始民用。目前，無人機主要應用于航拍測繪、搶險救災、農業植保、精準農業、電力巡檢等方面，無人機技術行業應用的探索與拓展一直是近年來學者們研究的熱點。

1 無人機在噴施飛防方面的應用

近年來，隨著農用無人機技術的快速發展，在水稻生產中利用無人機進行噴施飛防作業得到了大范圍的普及。在國內，很多農戶已經開始使用無人機對水稻噴施葉面肥、殺菌劑、殺蟲劑等藥劑進行田間管理作業。有學者研究了多旋翼無人機霧滴在水稻冠層的分布規律，結果表明，多旋翼無人機噴施的霧滴在水稻冠層分布的均勻性和穿透性都十分理想。大量研究表明，無人機作業產生的噴霧霧滴粒徑小，在水稻冠層單位面積藥劑沉積量大，分布均勻性好，能夠很好地滿足作業要求。此外，農用無人機與地面傳統作業機械相比在水稻田間開展作業不受地形限制，可以保護作業人員免受吸入藥劑的風險，并且可以減少勞動力的使用，降低管理成本，大幅提高水稻田間管理效率。并且能夠極大地縮減農藥和化肥的用量，進一步響應了國家農業部提出的“雙減（減肥減藥）”政策。

2 無人機在農情監測方面的應用

傳統的稻田農情信息采集和獲取主要依靠人工來完成，這不僅費時費力，且結果易受到人為主觀性影響。同時，以“點”為監測對象的監測方式已經難以滿足在精準農業的大背景下對大面積農田農情監測的需求。無人機低空遙感技術以其空間分辨率高、機動靈活性強、重訪周期短等特點，使準確、高效、能夠以“面”為對象的農情監測方式成為可能。在水稻生長過程中，葉綠素水平、氮素含量等的變化會引起水稻冠層對光的反射率的變化，這是利用無人機對水稻等作物進行農情監測的理論基礎。使用無人機對稻田進行農情監測大致可分為兩種手段：一種是使用無人機搭載數碼相機獲取農田的數碼影像，使用Pix4Dmapper、大疆制圖等軟件對圖像進行拼接，之后通過圖像中的顏色信息、紋理信息、特征信息，運用圖像處理技術或建立相關模型得到農學參數；另一種方法是使用無人機平臺搭載光譜儀獲取作物的光譜影像，該方法相比上述方法而言，彌補了普通RGB影像顏色波段少的不足，所得到的光譜影像信息量大大提高，所得結果更為精細準確。有學者利用無人機搭載高光譜相機獲取了水稻分蘗期冠層高光譜圖像，利用深度學習算法較為準確地獲取了水稻氮素、葉綠素的相對含量，并建立了水稻關鍵追肥節點的追施量決策模型，在不影響產量的前提下，相比傳統的追肥方式使氮肥追施量減少約30%。

3 無人機平臺配置

近年來，國內外無人機行業發展勢頭迅猛，涌現出一大批自主創新力強的無人機生產企業，其中以我國的深圳市大疆創新科技有限公司、廣州極飛科技股份有限公司、廣州億航智能技術有限公司，美國的3D Robotics公司、法國的Parrot公司等為代表。

目前可供選擇的植保無人機品類較多，行業領先的是由大疆創新公司研發生產的T30系列。該植保無人機擁有由8組電磁閥進行獨立控制的16噴頭，可載重30公斤藥箱，最優噴幅為9米，大田噴灑效率達240畝/小時。在無人機光譜數據獲取平臺方面，業界使用較多的無人機光譜平臺為深圳大疆創新公司生產的經M300、M600PRO六旋翼無人機等。高光譜儀多采用四川雙利合譜公司生產的GaiaSky-mini高光譜成像系統、芬蘭Rikola高光譜相機等。