什么是精準農(nóng)業(yè)？

精準農(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、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，并對網(wǎng)格進行按需作業(yè)，即精準施藥或精準撒播等。

植保無人機在精準農(nóng)業(yè)中的應用

作為精準農(nóng)業(yè)航空技術(shù)中重要的組成部分，植保無人機近年來在中國發(fā)展迅速，根據(jù)全國農(nóng)技推廣中心的不完全統(tǒng)計，2018年專業(yè)化組織購買的可使用的無人機數(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、減少勞動力以及避免施藥者污染等方面，植保無人機都具有地面背負式噴霧所無法替代的優(yōu)勢；同時從資源利用率上來講，植保無人機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，植保無人機的作業(yè)對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。在植保無人機作業(yè)過程中，飛行的精準性以及穩(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)的植保無人機基本都安裝有GPS等定位導航系統(tǒng)，作業(yè)基本能實現(xiàn)精準飛行，部分產(chǎn)品依托于RTK定位導航技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級精準飛行；在噴灑系統(tǒng)方面，國內(nèi)絕大多數(shù)植保無人機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)機械化研究所、中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所、吉林大學、沈陽農(nóng)業(yè)大學等單位都做了大量的工作研究。

此外，包括在高低速風洞中進行風場及霧滴飄移測定、飄移預測模型構(gòu)建、靜電噴霧技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡監(jiān)測霧滴沉積等研究也正在逐步進入實際應用階段。

除植保藥劑噴灑外，小型無人機作為低空遙感平臺，可以對農(nóng)田信息進行監(jiān)測，快速、靈活地獲取高分辨率的低空遙感圖像，并通過對數(shù)據(jù)進行后期處理、挖掘和建模，來獲取更詳盡的農(nóng)情信息，這對傳統(tǒng)的農(nóng)田信息獲取是一種有效的補充，對精準農(nóng)業(yè)航空的實現(xiàn)也具有重要的作用。

無人機低空遙感影像采集系統(tǒng)主要由傳感器、無人機、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、高光譜相機、多光譜相機、紅外熱成像儀以及激光雷達等。

盡管無人機遙感在農(nóng)作物的病蟲害以及雜草的監(jiān)測中有非常多的研究，但是多數(shù)研究成果僅僅適用于當次獲取的無人機遙感影像，研究方法或模型難以在實際應用中推廣，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，對于同一種病害在作物不同生長時期表現(xiàn)特征和光譜響應特征有所差異。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中獲得很高的識別率，但并不能保證用于其他時刻獲取的遙感數(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。

精準農(nóng)業(yè)航空系統(tǒng)由遙感系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、精準導航系統(tǒng)、變量噴施系統(tǒng)等多個系統(tǒng)組成，盡管仍處于起步階段，但是近年來發(fā)展迅速。伴隨著無人機硬件平臺與軟件控制、大數(shù)據(jù)分析、人工智能以及深度學習的發(fā)展，農(nóng)學、植保的經(jīng)驗知識正在與遙感信息與模型進行有效整合，這將極大地促進精準農(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)機械化水平。