淺談無人機在現代果園中的應用

目前果樹生產中，普遍存在管理用工嚴重短缺的現象。人工費用的逐年上漲，使得果農生產果品的成本在不斷提高，而創(chuàng)收的效益卻在逐年下降。因此，為節(jié)省成本，需要合理配置資源，創(chuàng)新發(fā)展現代果園的機械化作業(yè)模式，提高果園機械化的綜合水平，以適應現代果業(yè)的迅猛發(fā)展。近年來無人機在果園應用越來越廣泛（圖1），在減少果農勞動時間、減輕勞動強度、節(jié)約勞動成本及提高果品生產效率等方面均起到了促進作用，因此值得大力推廣和應用。

1在果樹生長監(jiān)測中的應用

1.1 無人機成像技術

無人機配備的相機分辨率極高，目前無人機搭載的相機主要有三種類型：一是RGB相機捕捉紅、綠、藍三種顏色的圖像數據；二是近紅外（NIR）相機能精確監(jiān)測植物的多項指標，如葉綠素、水分和植被覆蓋情況；三是熱紅外（Thermal）相機用于檢測。無人機搭載的攝像頭，具有精確的果樹成像及監(jiān)測能力，獲得高分辨率的圖像數據讓果農得以迅速且精確地判斷果樹的生長態(tài)勢、枝葉生長狀況和果實產量等要素。將這些圖像數據傳輸至地面計算機后，經由專家和技術人員的深入分析，即可全面掌握果樹生長的詳細信息。這種高精度的實時動態(tài)監(jiān)測能力，為果農施肥澆水以及防治病蟲害提供了可靠依據。

1.2點云技術

首先點云技術能夠生成分辨率較高的三維模型。無人機在果園監(jiān)測時（圖2），隨機攜帶的激光雷達（LiDAR）迅速對果樹進行掃描，能夠收集樹高、枝條密度以及冠幅等結構信息，從而協助果農掌握果樹的有關情況，并對比以往數據進行分析改進。另外，該技術還能用于發(fā)現及識別病蟲害，精確捕捉果樹的形態(tài)特征與細微變化，有助于及時發(fā)現果樹的受損及枯死區(qū)域等異常情況，從而及時提醒果農實施除治。最后，點云技術能協助果農做好日常管理工作，通過分析冠層結構和枝條密度，提出修剪方案，還可測算果實數量，幫助果農進一步優(yōu)化采摘計劃等。

2 在病蟲害防治中的應用

2.1 病蟲害監(jiān)測與預警

無人機搭配多光譜傳感器、紅外相機等相關設備，通過掃描樹木，精確獲取并分析樹木病蟲害的有關特征數據，有助于提前進行病蟲害的預警監(jiān)測工作。相較于人工巡查，無人機能快速監(jiān)測更廣區(qū)域的果園，顯著提高監(jiān)測效率和數據準確性。

2.2 精準噴灑技術

在實施無人機防控病蟲害時，無人機可根據病蟲害的具體分布，借助精準的導航系統和噴灑設備，對果樹實施精確的農藥噴灑。在飛行中，無人機能夠精確調控藥液的使用量及噴灑區(qū)域（圖3），快速均勻地將藥液噴灑到果樹上。無人機精準噴灑技術能夠減少農藥的使用量，避免因過度噴灑造成藥液浪費，同時還可減少對生態(tài)環(huán)境的影響。

3 在果實采摘與運輸中的應用

3.1 高效采摘果實

傳統的果實采摘技術需要大量人力、物力及財力的支持，采摘速度慢并且采摘成本較高。無人機能夠極快地識別成熟果實及確定果實所在位置，進而操作機械臂和抓取器實施精確采摘作業(yè)。

3.2 快速運輸能力

無人機作為一種理想的運輸工具，能夠及時將果實運至市場、倉庫等處。相較于公路運輸和水路運輸而言，無人機更加靈活與迅速，顯著降低了果實的損耗以及變質風險，保障了果實的質量安全。

4 無人機的優(yōu)勢與問題

4.1優(yōu)勢

目前多數果園通常建設在地形多變復雜的區(qū)域，常規(guī)機械難以進入并有效工作，而無人機實施作業(yè)卻不會受果園位置、樹木高度和氣候條件等因素的影響，對指定區(qū)域隨時可以高效、安全地精確實施作業(yè)。無人機配備有遙控指揮系統，防治人員無需長時間待在噴藥現場，從而有效減少防治人員接觸農藥的時間和劑量，防止農藥對施藥者造成不必要的傷害，最大程度地保護果農的身體健康。

無人機作業(yè)具備高效、精確、易于操作等優(yōu)勢。相較于傳統人工方法，無人機噴藥能夠節(jié)省約 90% 用水量和 50% 藥劑用量，噴藥作業(yè)效率是常規(guī)噴藥的100倍以上。通過GPS、北斗導航技術以及數學模型計算，無人機可以隨時實現精準定位和準確作業(yè)，即使在能見度較低的白天或漆黑的夜晚也能執(zhí)行任務（圖4）。

4.2 問題

一是無人機的購置成本相對較高。例如大疆MG1的裸機價格一般為4.2萬元左右，加上電池和相關支出，整套設備的價格在8萬～10萬元之間。此外，無人機在使用過程中還需要定期維護和保養(yǎng)，這些額外的費用使得小果園的農戶難以承擔。二是無人機有效負荷較小。目前大多數無人機載藥量在10～50kg ，因此需要頻繁起落、加藥才能完成指定任務，致使實際操作噴藥的效率低。三是無人機專用藥劑缺乏。目前，與無人機配套使用的專用藥劑尚未完全研發(fā)成熟。在施藥過程中，多數情況下還是采用人工或機械方式進行藥液配制，缺乏專為無人機設計的藥劑，這可能會導致農藥殘留、噴藥效果等指標難以評估。四是無人機技術在病蟲害防治方面的應用較為廣泛，但在圖像采集、果樹授粉以及疏花疏果等領域的應用還相對較少，其應用范圍目前還不夠廣泛。

5 未來展望

5.1 高精度定位

無人機在實施作業(yè)和執(zhí)行任務時，需要精準的導航與準確的定位。因此，科研部門應加大對無人機的研制，持續(xù)優(yōu)化導航技術，確保無人機能在復雜的果園環(huán)境中實現高精度定位，并精確控制其飛行軌跡和方向，以適應未來多樣化操作的需求。

5.2 高效能電池研發(fā)

無人機在果樹生產中的應用主要包括果園監(jiān)測管理、病蟲害防控、果實采摘以及運輸等方面。實施這些作業(yè)，需要高效的供電系統以支持無人機的長時間飛行。目前所用電池面臨質量大、充電時間較長以及容量小等諸多不足。因此要切實加快高效能電池的研發(fā)進度，提升電池的充電能力，延長電池的壽命，保障無人機在作業(yè)中能夠實現高效率、長時間地飛行。

5.3 加大研發(fā)投入

政府應增加對植保無人機及其專用農藥的研發(fā)投資補助，并落實好有關無人機的購置補貼政策。同時，還需加強對專業(yè)操作人員的培訓，以擴大無人機在現代果園的應用范圍，使其功能從病蟲監(jiān)測和噴藥逐步擴展到資源調查、果樹授粉以及疏花疏果等諸多方面。無人機作為一種高科技、新型先進的農業(yè)機械，隨著科技的不斷進步，無人機和其他現代化果園機械將逐步替代傳統的人工勞動力，為果農管理果園提供便利。

6結語

無人機技術在現代果園中推廣應用越來越廣泛，使用無人機可以監(jiān)測果樹的生長狀況和異常情況，分析病蟲害的發(fā)生原因，以便更好地提高防治水平。另外還能夠幫助果農實施果實采收和運輸。無人機的使用降低了果樹生產管理的成本，提升了果品的品質，從而增加了果農的經濟收入。盡管無人機技術目前面臨一些困難和挑戰(zhàn)，但通過不斷的創(chuàng)新發(fā)展，加大研發(fā)力度，就可以切實解決無人機的導航與定位、高效能電池技術等方面的相關問題，使無人機在現代果園中發(fā)揮更大的作用，為林果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展增加動力。