什么是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)？

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)即通過空中和地面遙感，采集并解析具有地理位置的農(nóng)田中的作物長勢(shì)、病蟲草害、生長環(huán)境等農(nóng)情信息，再將農(nóng)田分為作業(yè)網(wǎng)格，依據(jù)不同的農(nóng)情制定不同的作業(yè)處方圖，并對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行按需作業(yè)，即精準(zhǔn)施藥或精準(zhǔn)撒播等。

植保無人機(jī)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)中重要的組成部分，植保無人機(jī)近年來在中國發(fā)展迅速，根據(jù)全國農(nóng)技推廣中心的不完全統(tǒng)計(jì)，2018年專業(yè)化組織購買的可使用的無人機(jī)數(shù)量為30 478架，總作業(yè)面積26 659萬畝次。

在作業(yè)效率、噴灑效果、不傷農(nóng)作物、減少勞動(dòng)力以及避免施藥者污染等方面，植保無人機(jī)都具有地面背負(fù)式噴霧所無法替代的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)從資源利用率上來講，植保無人機(jī)采用的低容量施藥方式，可以有效減少農(nóng)藥的使用次數(shù)及使用量，提高農(nóng)藥有效利用率并減少90%以上的用水量。

現(xiàn)階段，植保無人機(jī)的作業(yè)對(duì)象幾乎覆蓋了所有農(nóng)作物，瓜果蔬菜（如蘋果、葡萄、柑橘、豇豆、小白菜）和各種經(jīng)濟(jì)作物棉花、花生、油葵、油菜、茶園等，并且取得了理想的防治效果。在植保無人機(jī)作業(yè)過程中，飛行的精準(zhǔn)性以及穩(wěn)定性、噴灑系統(tǒng)的霧化效果、作業(yè)參數(shù)以及藥劑類型的選擇都對(duì)病蟲害的防治效果具有顯著的影響。

現(xiàn)階段國內(nèi)的植保無人機(jī)基本都安裝有GPS等定位導(dǎo)航系統(tǒng)，作業(yè)基本能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)飛行，部分產(chǎn)品依托于RTK定位導(dǎo)航技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)精準(zhǔn)飛行；在噴灑系統(tǒng)方面，國內(nèi)絕大多數(shù)植保無人機(jī)選擇安裝有液力式噴頭，部分選擇安裝轉(zhuǎn)盤霧化噴頭，基本滿足低容量-超低容量噴灑。

另外針對(duì)于不同作物的作業(yè)參數(shù)優(yōu)化以及藥劑的選擇，國內(nèi)的科研單位包括國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國際聯(lián)合研究中心、農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、吉林大學(xué)、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位都做了大量的工作研究。

此外，包括在高低速風(fēng)洞中進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)及霧滴飄移測(cè)定、飄移預(yù)測(cè)模型構(gòu)建、靜電噴霧技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)霧滴沉積等研究也正在逐步進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。

除植保藥劑噴灑外，小型無人機(jī)作為低空遙感平臺(tái)，可以對(duì)農(nóng)田信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，快速、靈活地獲取高分辨率的低空遙感圖像，并通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理、挖掘和建模，來獲取更詳盡的農(nóng)情信息，這對(duì)傳統(tǒng)的農(nóng)田信息獲取是一種有效的補(bǔ)充，對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空的實(shí)現(xiàn)也具有重要的作用。

無人機(jī)低空遙感影像采集系統(tǒng)主要由傳感器、無人機(jī)、地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理軟件四部分組成，其中常用于農(nóng)作物信息采集的傳感器有數(shù)碼相機(jī)、高光譜相機(jī)、多光譜相機(jī)、紅外熱成像儀以及激光雷達(dá)等。

盡管無人機(jī)遙感在農(nóng)作物的病蟲害以及雜草的監(jiān)測(cè)中有非常多的研究，但是多數(shù)研究成果僅僅適用于當(dāng)次獲取的無人機(jī)遙感影像，研究方法或模型難以在實(shí)際應(yīng)用中推廣，其主要原因之一在于農(nóng)作物的生長具有周期性、連續(xù)性、季節(jié)性和地域性，對(duì)于同一種病害在作物不同生長時(shí)期表現(xiàn)特征和光譜響應(yīng)特征有所差異。同理，不同地域、不同農(nóng)作物品種的遙感影像也具有差異性。

因此，目前已有的研究成果多數(shù)不具有普適性、穩(wěn)定性和通用性。即使在單次的遙感試驗(yàn)中獲得很高的識(shí)別率，但并不能保證用于其他時(shí)刻獲取的遙感數(shù)據(jù)的有效性。此外，目前已有的軟件如ENVI的光譜庫主要用于地物識(shí)別，農(nóng)作物病蟲害的光譜數(shù)據(jù)庫以及圖像數(shù)據(jù)庫等仍處于空白階段。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空系統(tǒng)由遙感系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、精準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)、變量噴施系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)組成，盡管仍處于起步階段，但是近年來發(fā)展迅速。伴隨著無人機(jī)硬件平臺(tái)與軟件控制、大數(shù)據(jù)分析、人工智能以及深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，農(nóng)學(xué)、植保的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)正在與遙感信息與模型進(jìn)行有效整合，這將極大地促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)的成熟與完善，提高我國農(nóng)田管理與農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。