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无人机在农业领域潜在的应用有哪些

2020-08-26 11:43 性质:转载 作者:佚名 来源:电子发烧友
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无人机正在制造一场新的农业革命。据估计,未来几年无人机在农业市场的规模将达到数十亿美元。做为联合国粮食及农业组织和国际电信联盟关于“无人机和农业”的研...

无人机正在制造一场新的农业革命。据估计,未来几年无人机在农业市场的规模将达到数十亿美元。做为联合国粮食及农业组织和国际电信联盟关于“无人机和农业”的研究报告的编辑,信息专家Gerard Sylvester说,随着农民们努力适应气候变化并应对其他挑战,无人机有望帮助整个农业企业提高效率。

当无人机配备了摄像机和其他数据采集设备时,无人机就成为了“天空之眼”。在一些国家,无人机已经定期用于运送肥料或杀虫剂。美国农民,包括加利福尼亚州和纽约州的葡萄种植者,一直在试验无人机,以调查水资源缺乏或土壤无法吸收的“低活力”区域。

虽然无人机正变得无比强大,但仍不够“完美”:例如,如何从作物中辨别杂草,这需要特殊的感知能力。尽管如此,无人机可能很快会成为农业机械的标准配件。下面介绍一些无人机在农业领域潜在应用的例子:

1、作物评估

监控整个作物种植的区域需要花费大量时间和人力,而无人机可以快速扫过并检查,找到那些生长缓慢、可能需要实施补救措施的植物。

传感器可以监测植物吸收和反射特定波长的光,形成颜色对比图像,直观的反应出有问题的区域。从这些数据生成的图像包括NDVI(归一化差异植被指数)地图,其通过计算近红外和可见光辐射的差异的比率得出,并通过卫星图像和无人机的长期监测获得。

通过这种方法,可以区分土壤、作物和森林,还可以发现生病的植物,因为受到危害或脱水的植物其反射光的方式不同。最新的研究表明,这种光谱数据可以发现被漂浮的农药伤害的作物,以及生长在作物中,对除草剂免疫的杂草。

如上图所示,研究人员在加拿大安大略省的一片小麦地上进行了试验,使用装有传感器的无人机对田地进行了调查。由此产生的地图突出显示了需要进一步调查的区域:NDVI地图上有一块由蠕虫侵染的部分(区域B),旁边则是无感染的健康作物(区域A)。还可以看到岩石(区域D),小麦茎被破坏的区域在地图中则以亮粉色突出。

2、牧群监测

养殖牛的牧场主在广袤的农场中使用无人机跟踪他们的牲畜,并排查哪些位置的围栏需要固定。当配备高清热成像仪和夜间摄像机时,无人机还可以帮助调查可能正在骚扰和攻击牧群的动物。在印度卡齐兰加国家公园,这种无人机也成为跟踪人类偷猎者的工具。

美国宇航局早期通过卫星监测大平原植被生长的努力推动了NDVI的发展。植物的叶子可以吸收和反射不同波长的光:健康叶子中的叶绿素吸收可见光,同时反射近红外光。黄色、受压的叶子和死叶(以及作为土壤的岩石)以不同的方式反射和吸收这些波长。配备传感器的无人机可以收集这些光谱数据,并创建显示作物健康变化的地图。

3、疾病监测

在没有仔细审查的情况下,使植物枯萎和以其他方式破坏作物的病原体可以逃避检测

虽然光谱成像技术可以揭示绿色植物内的黄化植物,但弗吉尼亚理工大学的Schmale正在使用无人机发现漂浮在空位还未着陆的病原体。他捕获了真菌镰刀菌(Fusariumgraminearum)的空气孢子,它可以摧毁小麦和玉米,已经飘走了几公里甚至更多。

如果农民知道附近县的病原体爆发,空气采样可以提醒其即将到来。联邦和州政府机构还可以更大规模地监测病原体,使农民能够在爆发之前做好准备。

4、水分监测

土地吸收水分很多时候是不均匀。有些部分可能比其他部分干得更快,或者被浇水设备遗漏。

光谱和热成像可以揭示作物枯萎的干燥点。成像还可以检测设备和灌溉渠道的泄漏。更重要的是,农民可以使用机载激光扫描技术或将数千张高质量航拍照片拼接成3D地图的软件来评估其土地的地形。

这些地图可以识别集水区,揭示果园每棵树底部的水流方向,并确定可能影响作物健康和土壤侵蚀的其他土地特征。

5、机械传粉者

实际上,蜜蜂机器人可能对授粉没有太多帮助,但无人机可能有一天会向真正的蜜蜂提供帮助。

一家总部位于纽约的初创公司开发了花粉倾倒无人机,帮助杏仁、樱桃和苹果等水果进行授粉。该公司报告称其无人机的授粉率可从25%提高至65%,但外部分析验证这些数字尚未完成。尽管如此,一些水果种植者乐观地认为无人机在果园中可能是有用的。

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