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研究無(wú)人機(jī)在智慧農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用論文
無(wú)論在學(xué)習(xí)或是工作中，說(shuō)到論文，大家肯定都不陌生吧，論文是討論某種問(wèn)題或研究某種問(wèn)題的文章。那要怎么寫好論文呢？以下是小編精心整理的研究無(wú)人機(jī)在智慧農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用論文，歡迎大家借鑒與參考，希望對(duì)大家有所幫助。
摘要：
智慧農(nóng)業(yè)將數(shù)字農(nóng)業(yè)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)有機(jī)聯(lián)系為一個(gè)整體，而無(wú)人機(jī)在智慧農(nóng)業(yè)中起著不可忽視的作用。本文闡述了無(wú)人機(jī)在遙感監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)植保、棉花脫葉、種子撒播和趕花授粉等方面的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞:
無(wú)人機(jī);智慧農(nóng)業(yè);應(yīng)用;
引言：
農(nóng)業(yè)航空起始于20世紀(jì)20年代，隨著科技的快速發(fā)展，目前農(nóng)業(yè)航空已經(jīng)成為世界各國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域不可缺少的一部分。智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，無(wú)人機(jī)具有作業(yè)效率高、單位面積藥液用量小、無(wú)須專用跑道、機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)，且結(jié)合了信息、通信、人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了空間和平臺(tái)。無(wú)人機(jī)性能良好，其優(yōu)越性是地面機(jī)械無(wú)法替代的。此外，無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)的多個(gè)方面包括農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)、病蟲害防治、種子撒播等都具有廣泛應(yīng)用。
1、農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用
1.1無(wú)人機(jī)在遙感監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用
無(wú)人機(jī)遙感即無(wú)人機(jī)和遙感技術(shù)的結(jié)合，可利用先進(jìn)的無(wú)人機(jī)駕駛技術(shù)、遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPS定位技術(shù)等，具有自動(dòng)化、智能化、信息化等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)人機(jī)遙感在多個(gè)領(lǐng)域都扮演著重要角色，例如氣象監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)、測(cè)量方面和突發(fā)事件處理[1]。隨著科技的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面快速發(fā)展。許多發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)就已經(jīng)開始研究精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，國(guó)內(nèi)發(fā)展比較晚，但隨著遙感（RS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）以及我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷完善及其定位技術(shù)的不斷提高，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)有了很大的進(jìn)展，為我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)支持[2]。
利用無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以收集作物的多光譜圖像，這些圖像可以生成光譜反射帶，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理這些波段，可以得到歸一化植被指數(shù)（NDVI）、葉面積指數(shù)（LAI）或光化學(xué)反射指數(shù)（PRI）等指標(biāo)。其中，歸一化植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)制圖工具中的作物水分脅迫指數(shù)（CWSI）和冠層葉綠素含量指數(shù)（CCCI）等其他指標(biāo)相結(jié)合，可以提供對(duì)作物健康有價(jià)值的建議，使人們了解肉眼不可見的作物變化和脅迫條件。蘭玉彬等[3]通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲得柑橘果園的高光譜圖像，經(jīng)過(guò)一系列分析計(jì)算，通過(guò)圖像分辨出感染黃龍病的植株與健康植株，正確率高達(dá)94.7%，大大提高了果園管理效率和政府防控病情的力度。另外，無(wú)人機(jī)遙感還可用于農(nóng)作物病態(tài)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量估算等過(guò)程。
1.2無(wú)人機(jī)在精準(zhǔn)植保（病蟲草害防治）方面的應(yīng)用
糧食安全制約著國(guó)家的發(fā)展水平，而病蟲草害直接對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量造成影響。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，病蟲草鼠害造成的糧食損失高達(dá)1.2億t，發(fā)生面積年均4.67億公頃次以上[4]。目前，在全球范圍內(nèi)，病蟲草害的主要防治手段依然是噴灑化學(xué)農(nóng)藥，但是我國(guó)農(nóng)藥使用技術(shù)和農(nóng)藥噴灑設(shè)備比較落后，農(nóng)藥利用率一直比較低。在此背景下，采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)施藥對(duì)保障我國(guó)糧食安全具有重要作用[5]。
無(wú)人機(jī)作為新型植保機(jī)械，其搭載的全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）可以為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥提供技術(shù)保障，可在多種地理環(huán)境下進(jìn)行植保作業(yè)。植保無(wú)人機(jī)在藥劑噴施方面有很多優(yōu)勢(shì)。一是高效安全。植保無(wú)人機(jī)的飛行作業(yè)速度可達(dá)3～8m/s，其農(nóng)藥噴灑效率高達(dá)13.33～26.67hm2/d，是傳統(tǒng)人工施藥的60倍以上；另外，植保無(wú)人機(jī)可通過(guò)地面遙控或飛控系統(tǒng)進(jìn)行操作，減少了農(nóng)藥與施藥人員的接觸，提高了施藥作業(yè)的安全性。二是節(jié)水節(jié)藥。利用植保無(wú)人機(jī)噴灑技術(shù)至少可以節(jié)約30%～50%的農(nóng)藥用量，節(jié)約90%的用水量，大大提高了農(nóng)藥的利用率。三是防治效果顯著。植保無(wú)人機(jī)噴灑精準(zhǔn)，農(nóng)藥利用率高，提高了對(duì)病蟲害的防治效果。四是成本低。植保無(wú)人機(jī)整體尺寸小，重量輕，易于維護(hù)[6]。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，植保無(wú)人機(jī)在病蟲草害防治方面的地位日益突出。目前，植保無(wú)人機(jī)面臨的問(wèn)題是缺少最佳施藥方案和如何最大限度地提高噴霧精度和減少飄移。
1.3無(wú)人機(jī)在棉花脫葉方面的應(yīng)用
新疆是我國(guó)棉花的主要產(chǎn)區(qū)，其棉花種植面積和產(chǎn)量均達(dá)到全國(guó)的50%以上。近年來(lái)，隨著植保機(jī)械的快速發(fā)展，新疆棉花的全程生產(chǎn)逐漸趨向機(jī)械化[7]。噴霧落葉劑是棉花機(jī)械化采收的重要組成部分，全面、均勻地噴施落葉劑可以改善棉花的落葉質(zhì)量、降低棉花中的雜質(zhì)含量。由于棉花冠層的葉片重疊，給傳統(tǒng)的地面噴灑機(jī)噴灑作物帶來(lái)不便，無(wú)人機(jī)快速高效的作業(yè)方式非常適合噴灑棉花脫葉劑。與傳統(tǒng)打頂機(jī)械相比，使用植保無(wú)人機(jī)還不會(huì)留下轍印和損傷作物，可減少對(duì)土壤和作物的損害。
無(wú)人機(jī)不僅給棉花脫葉帶來(lái)方便，其對(duì)脫葉劑的利用效率也大大提高。有研究表明，添加航空噴霧助劑可以顯著提高脫葉霧滴的沉積量，噴施15d后，落葉率達(dá)80.31%，吐絮率達(dá)90.61%。添加航空噴霧助劑可使棉花落葉率提高3.12%～34.62%，吐絮率提高6.67%～29.56%[8]。目前，對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用棉花落葉劑的研究較少，如何提高棉花中低層落葉劑霧滴的覆蓋率，使霧滴充分均勻地分散在棉花冠層，對(duì)于提高落葉效果及棉花品質(zhì)具有重要意義。
1.4無(wú)人機(jī)在種子撒播方面的應(yīng)用
農(nóng)業(yè)物料常見的撒播對(duì)象是小粒徑種子、肥料顆粒等。與育苗相比，撒播節(jié)省了移栽成本，提高了作業(yè)效率，是一種比較常見的直播方式。無(wú)人機(jī)進(jìn)行撒播，一般是在無(wú)人機(jī)上掛載撒播裝置，物料撒播作業(yè)過(guò)程主要分為排種和拋撒，其中排種大部分由排種器完成，而拋撒的技術(shù)有多種，主要有離心式拋撒、氣力式拋撒、均勻桿式拋撒和擺管式拋撒。
目前，比較常見的無(wú)人機(jī)撒播裝置為離心圓盤式，該技術(shù)是利用離心力將物料從高速旋轉(zhuǎn)的離心盤上甩出，拋撒的均勻度主要與圓盤的轉(zhuǎn)速和葉片有關(guān)，拋撒的幅度比較大且為圓弧形，但播撒的均勻性不穩(wěn)定。宋燦燦等[9]設(shè)計(jì)了一種氣力式無(wú)人機(jī)撒播裝置，采用播量可調(diào)的外槽輪排種，以風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流作為種子撒播的動(dòng)力，其排量隨無(wú)人機(jī)前進(jìn)速度的變化而調(diào)節(jié)，提高了無(wú)人機(jī)撒播作業(yè)的均勻性。要實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)撒播，需要綜合考慮無(wú)人機(jī)作業(yè)狀態(tài)和撒播裝置的變量調(diào)節(jié)，以提高無(wú)人機(jī)撒播過(guò)程中的穩(wěn)定性和均勻性[10]。無(wú)人機(jī)在種子撒播方面的應(yīng)用推動(dòng)著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，具有重要的研究意義，且目前空中撒播技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于水稻撒播。
1.5無(wú)人機(jī)在趕花授粉方面的應(yīng)用
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，采用機(jī)械化及自動(dòng)化趕花授粉可以有效地提高作業(yè)效率及作業(yè)質(zhì)量。在部分瓜果蔬菜等作物的種植管理上，也可以使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行輔助授粉。與傳統(tǒng)人工授粉相比，在一定條件下使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行授粉，可提高作物成功授粉的概率，改善人工授粉和自然授粉的不足[11]。在有些條件下，傳統(tǒng)的雜交水稻制種相關(guān)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足雜交水稻的發(fā)展需求，目前無(wú)人機(jī)趕花授粉技術(shù)在雜交水稻制種方面的應(yīng)用，已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家頗有成效，在國(guó)內(nèi)一些試驗(yàn)點(diǎn)的應(yīng)用效果也比較理想[12]。有學(xué)者研究小型無(wú)人機(jī)在旋翼風(fēng)場(chǎng)下的水稻花粉分布規(guī)律，選擇出了適合無(wú)人機(jī)授粉的飛行速度，為無(wú)人機(jī)水稻授粉提供了理論指導(dǎo)依據(jù)。
目前，無(wú)人機(jī)授粉時(shí)，針對(duì)不同花蕊花期的噴灑范圍和噴灑速度還有待研究，需要考慮作物的高度、生長(zhǎng)周期、花蕾期等綜合因素影響。
2、展望
無(wú)人機(jī)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)又是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代信息科技的有機(jī)結(jié)合，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)水平直接影響著智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展速度和質(zhì)量。因此，無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著不可忽視的作用。通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的智能化傳感器和視頻監(jiān)控設(shè)備對(duì)農(nóng)作物信息進(jìn)行采集，通過(guò)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以觀測(cè)農(nóng)作物的病蟲害信息，也可以實(shí)時(shí)顯示出農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況和生長(zhǎng)環(huán)境，提供對(duì)農(nóng)業(yè)作業(yè)有用的信息。同時(shí)，在現(xiàn)代科技的推動(dòng)下，無(wú)人機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)密切結(jié)合，為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了不可缺失的平臺(tái)和載體。未來(lái)無(wú)人機(jī)將給智慧農(nóng)業(yè)帶來(lái)新的變化。
參考文獻(xiàn)
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