无人机在精准农业中的应用现状分析.pdf

48 农机使用与维修 2022 年第 12 期 无人机在精准农业中的应用现状分析 唐永海 东丰县黄河镇综合服务中心 农机站 吉林 东丰 136321 摘 要 无人机具有结构简单 成本较低 操控方便等优势 在农业生产中主要用于植保飞防与地面遥感等技术 方向 可以进行航空植保 种子播撒 肥料喷洒等 对于病虫害防治 实现精准农业 保证农业生产可持续发展具 有重要意义 在农业生产中得到了广泛应用与发展 基于植保无人机的主要发展特点 系统论述了农用无人机 在精准农业中的主要应用现状及核心技术 提出农用植保无人机的主要发展方向 对农业无人机在精准农业生 产中的主要应用案例进行分析 关键词 农用无人机 精准农业 精准降落 作物长势监测 变量喷施 中图分类号 S127 文献标识码 A doi 10 14031 j cnki njwx 2022 12 014 Analysis on The Application Status of UAV in Precision Agriculture TANG Yonghai Comprehensive Service Center of Huanghe Town Dongfeng County Agricultural machinery station Dongfeng 136321 China Abstract UAV has simple structure low cost and easy to control and other advantages mainly in the agricultural pro duction in plant protection flying and ground remote sensing technology can undertake air spraying plant protection seeds fertilizer etc for the prevention and control of plant diseases and insect pests implementing precision agricul ture to ensure the sustainable development of agricultural production is of great significance has been widely used in agricultural production and development Based on the main development characteristics of plant protection UAV this paper systematically discusses the main application status and core technologies of agricultural UAV in precision agricul ture puts forward the main development direction of agricultural plant protection UAV and analyzes the main applica tion cases of agricultural UAV in precision agriculture production Key words agricultural UAV precision agriculture precision landing crop growth monitoring variable spraying 作者简介 唐永海 1976 男 吉林东丰人 本科 高级工程 师 研究方向为农机技术推广 0 引言 近年来随着科技快速发展 农业机械装备已经 发生了快速的改变 尤其是随着农用无人机技术的 应用与发展 给农业生产中病虫害防治 精准作业 等提供了巨大的帮助 农用无人机具有结构简单 成本较低 操控方便等优势 1 3 在农业生产中主要 进行植保飞防与地面遥感等应用 可以完成航空植 保 种子播撒 肥料喷洒等作业 在农业生产中得到 了更加广阔的应用 农用无人机在农业生产过程中 可以携带高清 摄像装备执行航空拍摄任务 弥补传统农业生产中 遥感卫星测量精度较低的问题 在农田环境监测 病虫害分析 作物长势分析等方面具有显著优势 农业生产者可以借助无人机进行低空航拍及时获 得农作物长势情况 及时调整农业生产措施 保证 农作物高产 稳产 4 5 1 农用无人机优点 1 1 适应性及通用性较强 农用无人机可以在环境恶劣 污染较为严重的 区域执行生产任务 可以替代人工进行繁重 危险 的工作任务 随着农业集约化 大型化发展 农业耕 地逐渐集中 当大面积耕地出现病虫害 无法依靠 人力进行快速防治 而使用农业植保无人机可以在 最短的时间内解决大面积病虫害的问题 提高作业 效率 对于实现粮食高产 稳产具有重要意义 1 2 体积小 操作灵活 应用较为安全 植保无人机操作简单 起降方便 且对操作人 员的培训周期短 对人员专业知识要求不高 利用 植保无人机进行防治工作 可以保持人员远离作业 区域 保证工作人员的身体健康 还可以减少农药 残留造成的土壤 水流环境污染等问题 对实现精 准农 业 发 展 推动现代化农业进程具有重要 意义 6 2 精准农业相关概念及发展意义 精准农业又被称为 精确农业 或 精细农业 2022 年第 12 期 农机使用与维修 49 是 20 世纪 80 年代末由美国农业科学部门提出的 属于一种以高新现代管理技术为基础的农业微观 管理方式 根据不同地区的农作物实际需要进行投 入与管理 精准农业是以农业信息技术为支撑 根 据农业空间变化 定位 定时 定量地实施一整套现 代化农事操作与管理的系统 属于一种综合集成的 高科技农业应用系统 精准农业主要包括全球定 位系统 农田信息采集系统 农业遥感监测系统 农 田地理信息管理系统 农业专家管理系统 智能化 农机装备系统 农田环境监测系统 系统集成 网络 化管理系统和培训系统 精准农业可以将遥感 地理信息系统 全球定 位系统 计算机技术 通讯和网络技术 自动化技术 等高新技术与地理学 农学 生态学 植物生理学 土壤学等基础学科有机地结合起来 实现在当前农 业生产中 对作物耕 种 收 加工 销售等进行全程 模拟 监测 判断与预测等 从而实现提高农业资源 利用效率 降低农业生产成本 改进农业生产方式 及生态环境的目的 是实现农业现代化发展的必经 之路 3 无人机在精准农业中的应用 3 1 无人机自主精准降落方法研究 无人机自主精准降落是实现农用无人机精准 作业的基础与必备条件 要实现农用无人机的自 主 精准降落 需要在传统无人机执行平台的基础 上增加图像采集装备及计算机控制系统 通过图 像采集装备实时采集无人机飞行图像 基于视觉识 别技术实现无人机精准降落与实时定位 主要结构 示意图如图 1 所示 图 1 无人机自主精准降落系统结构组成 无人机自主精准降落系统的主要工作过程主 要分为四个主要步骤 主要工作流程如下 1 初始化模块 首先对农用无人机各个模块 进行检查 确保无人机各个组成部分都能正常工 作 检查无误后开始无人机操作 2 无人机起飞 按照无人机操作流程实施无 人机飞行任务并执行工作 3 自主识别与定位 无人机在开始执行飞防 任务后 依据高清摄像装置等捕获无人机图像 并 通过计算机控制系统进行数据处理与决策 进而实 现对无人机飞行器的控制 4 自主降落 当无人机执行完毕相关工作任 务后 开始确定无人机降落点 不断降低飞行高度 当降落到一定高度时 确保与降落点对齐后进行快 速降落 主要工作流程如图 2 所示 图 2 无人机自主精准降落系统工作流程图 计算机控制系统是无人机精准降落的重要技 术之一 是实现农用无人机精准作业的重要保障 其计算机控制核心主要为分层控制 环环相扣 主 要控制原理图入图 3 所示 3 2 无人机遥感下作物长势监测技术 对农作物实现动态长势监测 实时调整农业管 理措施 是保证粮食高产稳产的重要条件 其中 作物的光合作用及叶绿素含量是保证作物生长发 育的重要基础 直接决定着作物的产量与健康状 态 同时可以反映出作物的营养状况 是指导农业 生产管理措施的重要指标与控制策略 农作物病 虫害是威胁农业生产安全的重要因素之一 也是制 约农业发展及粮食产量提高的第一大自然灾害 病 虫害一旦发生就会迅速蔓延 导致大面积作物感染 50 农机使用与维修 2022 年第 12 期 图 3 无人机精准飞行控制工作原理图 发病 会造成粮食减产与经济损失 因此 高效 快 速 科学地获取作物相关长势参数及病虫害检测模 型 对于实现作物精准管理 精准施药及保障国家 粮食安全具有重要意义 基于农业无人机的遥感 采集数据系统主要由无人机飞行平台 各类传感器 技术及地面控制系统组成 无人机飞行平台主要 是搭载无人机飞行的主要载体 以目前常见的无人 机飞行平台 DJI Matric 600 Pro 为例进行相关技术 参数介绍与分析 该飞行平台配备传感器系统及 全球卫星导航系统 技术参数如表 1 所示 常见的 飞行器高光谱成像系统采用 Nano Hyperspec 主要 技术参数入表 2 所示 表 1 DJI Matric 600 Pro 主要技术参数 工作指标 技术参数 最大起飞质量 kg 15 5 16 5 最大承受风速 m s 1 7 5 9 5 满载续航时间 min 18 最大水平飞行速度 km h 1 65 工作环境温度 10 40 表 2 Nano Hyperspec 高光谱成像系统主要技术参数 工作指标 技术参数 波长范围 nm 400 1 000 每行像素数 个 640 波段数 个 270 光谱分辨率 nm 2 2 工作环境温度 0 50 3 3 无人机精准变量喷洒控制技术研究 精准农业是未来农业发展的主要方向与目标 在农业生产过程中 传统农药喷洒管理方式主要是 依据农户经验判断是否进行病虫害防治及喷洒 另一方面 在进行农药喷洒过程中 依靠农户进行 喷洒会造成农药喷洒不均匀 容易造成环境污染 严重时还会危害农户身体健康 采用无人机进行 精准农药喷洒 可以提高农药喷洒的安全性与可靠 性 无人机可以动态调节农药喷洒药量 目前常见 的无人机精准变量喷洒装置主要基于 PWM 控制 系统 4 结论 随着农用无人机技术的应用与发展 为农业生 产中病虫害防治 精准作业等提供了巨大的帮助 农用无人机具有结构简单 成本较低 操控方便等 优势 在农业生产中主要进行植保飞防与地面遥感 等工作 可以进行航空植保 种子播撒 肥料喷洒 等 在农业生产中得到了广阔的应用 是保证农作 物高产 稳产及发展精准农业的重要技术之一 本 研究基于无人机相关特点及精准农业的发展特征 系统阐述了目前农用无人机在精准农业中的主要 应用范围 主要包括农用无人机精准降落技术 作 物长势监测技术及精准变量控制技术等研究结果 对于推动农用无人机技术在精准农业的发展提供 技术参考与理论借鉴 参考文献 1 程建波 公丕臣 顾明成 等 植保无人机的应用现状 及发展趋势 J 农机使用与维修 2019 7 18 19 2 傅东兴 黑龙江省农用植保无人机的发展现状及前景 展望 J 农机使用与维修 2022 2 36 38 3 曹智 植保无人机避障喷雾路径规划的研究 D 镇 江 江苏大学 2021 4 倪弦之 胡一鸿 罗思荃 等 农业植保无人机的发展 与应用 J 现代农业科技 2022 11 99 102 5 张亚辉 多旋翼植保无人机悬停下洗气流及大豆冠层 对雾滴运动规律影响研究 D 郑州 河南农业大 学 2021 6 成子怡 吴阿敏 王政浩 等 植保无人机的应用及发 展 J 农机使用与维修 2022 3 100 102 7 兰智文 植保无人机飞行实验平台系统设计与喷洒性 能试验研究 D 长春 吉林农业大学 2021 05