无人机在农作物病虫害防治方面的应用
来源：华南农业大学兰玉彬教授 王国宾
发布时间：19-07-02
点击数：
精准农业航空技术即通过空中和地面遥感，采集并解析具有地理位置的农田中的作物长势、病虫草害、生长环境等农情信息，再将农田分为作业网格，依据不同的农情制定不同的作业处方图，并对网格进行按需作业，即精准施药或精准撒播等。
作为精准农业航空技术中重要的组成部分，植保无人机近年来在中国发展迅速，根据全国农技推广中心的不完全统计，2018年专业化组织购买的可使用的无人机数量为30478架，总作业面积26659万亩次。在作业效率、喷洒效果、不伤农作物、减少劳动力以及避免施药者污染等方面，植保无人机都具有地面背负式喷雾所无法替代的优势；同时从资源利用率上来讲，植保无人机采用的低容量施药方式，可以有效减少农药的使用次数及使用量，提高农药有效利用率并减少90%以上的用水量。
图2 国内部分典型植保无人机照片
现阶段，植保无人机的作业对象几乎覆盖了所有农作物，瓜果蔬菜如苹果、葡萄、柑橘、豇豆、小白菜和各种经济作物棉花、花生、油葵、油菜、茶园等等，并且取得了理想的防治效果和防治经验。在植保无人机作业过程中，飞行的精准性以及稳定性、喷洒系统的雾化效果、作业参数以及药剂类型的选择都对植保无人机喷洒对病虫害的防治效果具有显著的影响。现阶段国内的植保无人机基本都安装有GPS等定位导航系统，作业基本能实现精准飞行，部分产品依托于RTK定位导航技术能够实现厘米级精准飞行；在喷洒系统方面，国内绝大多数植保无人机选择安装有液力式喷头，部分选择安装转盘雾化喷头，基本满足低容量-超低容量喷洒；另外针对于不同作物的作业参数优化以及药剂的选择，国内的科研单位包括国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心、农业部南京农业机械化研究所、中国农业科学院植物保护研究所、吉林大学、沈阳农业大学等单位都做了大量的工作研究。此外，包括在高低速风洞中进行风场及雾滴飘移测定、飘移预测模型构建、静电喷雾技术、无线传感网络监测雾滴沉积等研究也正在逐步进入实际应用阶段。
国家精准农业航空中心研发的RTK定位系统
除植保药剂喷洒外，小型无人机作为低空遥感平台，可以对农田信息进行监测，快速、灵活的获取高分辨率的低空遥感图像，并通过对数据进行后期处理、 挖掘和建模，来获取更详尽的农情信息，这对传统的农田信息获取是一种有效的补充，对精准农业航空的实现也具有重要的作用。无人机低空遥感影像采集系统主要由传感器、无人机、地面控制系统、数据处理软件四部分组成，其中常用于农作物信息采集的传感器有数码相机、高光谱相机、多光谱相机、红外热成像仪以及激光雷达等。尽管，无人机遥感在农作物的病虫害以及杂草的监测中有非常多的研究，但是多数研究成果仅仅适用于当次获取的无人机遥感影像，研究方法或模型难以在实际应用推广，其主要原因之一在于农作物的生长具有周期性、连续性、季节性和地域性，对于同一种病害在作物不同生长时期表现特征和光谱响应特征有所差异。 同理，不同地域、不同农作物品种的遥感影像也具有差异性。 因此，目前已有的研究成果多数不具有普适性、稳定性和通用性。即使在单次的遥感试验中获得很高的识别率，但并不能保证用于其他时刻获取的遥感数据的有效性。此外，目前已有的软件如ENVI 的光谱库主要用于地物识别，农作物病虫害的光谱数据库以及图像数据库等仍处于空白阶段。
精准农业航空系统由遥感系统、地理信息系统、精准导航系统、变量喷施系统等多个系统组成，尽管仍处于起步阶段，但是近年来发展迅速。伴随着无人机硬件平台与软件控制、大数据分析、人工智能以及深度学习的发展，农学、植保的经验知识正在与遥感信息与模型进行有效整合，这将极大的促进精准农业航空技术的成熟与完善，提高我国农田管理与农业机械化水平。
