無人機在農(nóng)業(yè)領域潛在的應用有哪些

無人機正在制造一場新的農(nóng)業(yè)革命。據(jù)估計，未來幾年無人機在農(nóng)業(yè)市場的規(guī)模將達到數(shù)十億美元。做為聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織和國際電信聯(lián)盟關于“無人機和農(nóng)業(yè)”的研究報告的編輯，信息專家Gerard Sylvester說，隨著農(nóng)民們努力適應氣候變化并應對其他挑戰(zhàn)，無人機有望幫助整個農(nóng)業(yè)企業(yè)提高效率。

當無人機配備了攝像機和其他數(shù)據(jù)采集設備時，無人機就成為了“天空之眼”。在一些國家，無人機已經(jīng)定期用于運送肥料或殺蟲劑。美國農(nóng)民，包括加利福尼亞州和紐約州的葡萄種植者，一直在試驗無人機，以調(diào)查水資源缺乏或土壤無法吸收的“低活力”區(qū)域。

雖然無人機正變得無比強大，但仍不夠“完美”：例如，如何從作物中辨別雜草，這需要特殊的感知能力。盡管如此，無人機可能很快會成為農(nóng)業(yè)機械的標準配件。下面介紹一些無人機在農(nóng)業(yè)領域潛在應用的例子：

1、作物評估

要監(jiān)控整個作物種植的區(qū)域需要花費大量時間和人力，而無人機可以快速掃過并檢查，找到那些生長緩慢、可能需要實施補救措施的植物。

傳感器可以監(jiān)測植物吸收和反射特定波長的光，形成顏色對比圖像，直觀的反應出有問題的區(qū)域。從這些數(shù)據(jù)生成的圖像包括NDVI（歸一化差異植被指數(shù)）地圖，其通過計算近紅外和可見光輻射的差異的比率得出，并通過衛(wèi)星圖像和無人機的長期監(jiān)測獲得。

通過這種方法，可以區(qū)分土壤、作物和森林，還可以發(fā)現(xiàn)生病的植物，因為受到危害或脫水的植物其反射光的方式不同。最新的研究表明，這種光譜數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)被漂浮的農(nóng)藥傷害的作物，以及生長在作物中，對除草劑免疫的雜草。

如上圖所示，研究人員在加拿大安大略省的一片小麥地上進行了試驗，使用裝有傳感器的無人機對田地進行了調(diào)查。由此產(chǎn)生的地圖突出顯示了需要進一步調(diào)查的區(qū)域：NDVI地圖上有一塊由蠕蟲侵染的部分（區(qū)域B），旁邊則是無感染的健康作物（區(qū)域A）。還可以看到巖石（區(qū)域D），小麥莖被破壞的區(qū)域在地圖中則以亮粉色突出。

2、牧群監(jiān)測

養(yǎng)殖牛的牧場主在廣袤的農(nóng)場中使用無人機跟蹤他們的牲畜，并排查哪些位置的圍欄需要固定。當配備高清熱成像儀和夜間攝像機時，無人機還可以幫助調(diào)查可能正在騷擾和攻擊牧群的動物。在印度卡齊蘭加國家公園，這種無人機也成為跟蹤人類偷獵者的工具。

美國宇航局早期通過衛(wèi)星監(jiān)測大平原植被生長的努力推動了NDVI的發(fā)展。植物的葉子可以吸收和反射不同波長的光：健康葉子中的葉綠素吸收可見光，同時反射近紅外光。黃色、受壓的葉子和死葉（以及作為土壤的巖石）以不同的方式反射和吸收這些波長。配備傳感器的無人機可以收集這些光譜數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建顯示作物健康變化的地圖。

3、疾病監(jiān)測

在沒有仔細審查的情況下，使植物枯萎和以其他方式破壞作物的病原體可以逃避檢測。

雖然光譜成像技術可以揭示綠色植物內(nèi)的黃化植物，但弗吉尼亞理工大學的Schmale正在使用無人機發(fā)現(xiàn)漂浮在空位還未著陸的病原體。他捕獲了真菌鐮刀菌（Fusariumgraminearum）的空氣孢子，它可以摧毀小麥和玉米，已經(jīng)飄走了幾公里甚至更多。

如果農(nóng)民知道附近縣的病原體爆發(fā)，空氣采樣可以提醒其即將到來。聯(lián)邦和州政府機構(gòu)還可以更大規(guī)模地監(jiān)測病原體，使農(nóng)民能夠在爆發(fā)之前做好準備。

4、水分監(jiān)測

土地吸收水分很多時候是不均勻。有些部分可能比其他部分干得更快，或者被澆水設備遺漏。

光譜和熱成像可以揭示作物枯萎的干燥點。成像還可以檢測設備和灌溉渠道的泄漏。更重要的是，農(nóng)民可以使用機載激光掃描技術或?qū)?shù)千張高質(zhì)量航拍照片拼接成3D地圖的軟件來評估其土地的地形。

這些地圖可以識別集水區(qū)，揭示果園每棵樹底部的水流方向，并確定可能影響作物健康和土壤侵蝕的其他土地特征。

5、機械傳粉者

實際上，蜜蜂機器人可能對授粉沒有太多幫助，但無人機可能有一天會向真正的蜜蜂提供幫助。

一家總部位于紐約的初創(chuàng)公司開發(fā)了花粉傾倒無人機，幫助杏仁、櫻桃和蘋果等水果進行授粉。該公司報告稱其無人機的授粉率可從25%提高至65%，但外部分析驗證這些數(shù)字尚未完成。盡管如此，一些水果種植者樂觀地認為無人機在果園中可能是有用的。

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