隨著精準農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)無人機的需求越來越大。國際上也公認精準農(nóng)業(yè)將是無人機發(fā)展的一塊主要市場之一。

雖然農(nóng)場主和農(nóng)業(yè)公司對于無人機技術(shù)均抱有很高的期待，但就目前而言，并沒有足夠據(jù)能證明一切都朝著無人機農(nóng)業(yè)化應(yīng)用這個方向發(fā)展。

“無人機農(nóng)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展最大的絆腳石是之一，是缺乏證據(jù)證明無人機系統(tǒng)對于農(nóng)作物和畜牧管理的有效性和適用性。為此，北達科他州立大學(xué)的卡林頓研究推廣中心(CREC)于2014年啟動了一個項目，該項目致力于評估無人機在農(nóng)作物和家畜管理上的實用性和有效性。” 北達科他州立大學(xué)農(nóng)業(yè)機器系統(tǒng)專家John Nowatzki說，“目前，北達科他州有很多制造商、咨詢公司、小型精準農(nóng)業(yè)公司對于無人機系統(tǒng)很感興趣，我們將為這些公司提供必要的信息和測試工具，幫助他們把無人機成功地運用于農(nóng)業(yè)。同時，我們也將進一步研究在美國農(nóng)業(yè)怎樣應(yīng)用無人機技術(shù)。”

CREC還計劃開發(fā)用于無人機行業(yè)的決策支持系統(tǒng)，將無人機的應(yīng)用進一步細化。以下是農(nóng)業(yè)無人機應(yīng)用研究的十二個初步調(diào)查結(jié)果。

1 植物出苗識別和植物計數(shù)

在玉米、大豆和向日葵播種6天和12天后，研究人員在種植區(qū)多個樣方點記錄植物出苗時間和出苗計數(shù)。同一時間，用無人機進行多光譜圖像數(shù)據(jù)采集。對采集的多光譜圖像數(shù)據(jù)進行校準分析，將植物與周圍環(huán)境進行了有效區(qū)分，并以1平方米為單位進行計算，得到植物密度分布圖。

研究進展：采用多旋翼無人機，配置索尼相機傳感器，1000萬像素的多光譜圖像，以多個作物種植小區(qū)測定數(shù)據(jù)進行對比分析，用MATLAB進行計數(shù)。CREC專家Mike Ostlie表示，通過對比地面實測計數(shù)的數(shù)據(jù)和無人機測量的農(nóng)作物種群數(shù)量，兩者之間數(shù)據(jù)具有非常好的相關(guān)性和一致性，即使在農(nóng)作物植株非常小(幼苗時期)時也不例外。此外，通過對比分析無人機和地面實測數(shù)據(jù)，無人機系統(tǒng)采集的植被歸一化指數(shù)NDVI被成功地運用于大豆成熟期預(yù)測。

2 監(jiān)測玉米和小麥的營養(yǎng)情況

研究人員在作物生長的V-5和V-8兩個階段，利用無人機搭載的光學(xué)傳感器獲得NDVI指數(shù)，并進行多點數(shù)據(jù)采集。同時用無人機進行紅外圖像數(shù)據(jù)采集，對植物缺氮狀況校正分析。

研究進展：將無人機采集圖像分析得到的NDVI數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進行對比，建立NDVI與氮含量曲線關(guān)系，用于預(yù)測植物氮含量的季節(jié)變化。研究人員還收集了小麥花期的NDVI數(shù)據(jù)，與無人機測量的數(shù)據(jù)進行對比。研究人員對比分析了光譜儀測定小麥氮含量和無人機采集分析數(shù)據(jù)，盡管兩個儀器測試數(shù)據(jù)值不一樣，但是在不同的實驗處理上，兩種方法檢測的植物氮缺乏數(shù)據(jù)精度相似，結(jié)果和趨勢也是相似的。

3 植物健康早期評估

在春小麥、大豆、玉米試驗小區(qū)，CREC研究人員使用無人機對植物生長初期狀況進行連續(xù)監(jiān)測，對植物營養(yǎng)水平、植物活力、產(chǎn)量等進行了評估。

研究進展：無人機采集多光譜圖像的同時間段，研究人員在地面進行了相同參數(shù)的測量采集。“從實驗結(jié)果來看，光譜儀傳感器和無人機航空圖像均可以對未成熟的春小麥進行產(chǎn)量預(yù)測分析，兩者的數(shù)據(jù)具有較好的一致性，”Ostlie說。

4 植物病害癥狀監(jiān)測

通過無人機拍攝的試驗區(qū)圖片，可以監(jiān)測植物病害發(fā)生的區(qū)域和嚴重程度，同時數(shù)據(jù)可以集成到農(nóng)場數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，幫助農(nóng)場主和農(nóng)民更好的進行作物管理。CREC的研究人員正在試驗區(qū)域內(nèi)進行植物病害程度檢測，初步計劃將進行大豆試驗區(qū)內(nèi)的菌核病(白粉病)調(diào)查，下一步計劃開展葉斑病、斑枯病和春小麥銹條病的調(diào)查，并將結(jié)果進行量化對比分析。

項目進展：目前正在進行大豆、谷類植物試驗區(qū)無人機圖像采集，下一步計劃對無人機圖像進行分析校正。

5 植物蟲害癥狀監(jiān)測

由于種植面積比較大，農(nóng)場主和種植者無法對區(qū)域內(nèi)所有作物進行蟲害監(jiān)測。無人機的使用可以幫助農(nóng)場主和種植者對作物蟲害進行監(jiān)測，通過定期采集圖像進行分析，可以確定植物蟲害發(fā)生位置和嚴重程度，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果判斷是否需要進行噴灑農(nóng)藥及噴灑時間。

項目進展：作物蟲害的受損情況鑒定正在進行中。

6 監(jiān)測雜草爆發(fā)

雜草的出現(xiàn)會影響作物生長及產(chǎn)量，農(nóng)場主和種植者需要對作物種植區(qū)的雜草出現(xiàn)情況進行監(jiān)測。使用無人機定期采集種植區(qū)圖像數(shù)據(jù)，可以幫助農(nóng)場主和種植者確定雜草的種類和發(fā)生位置，根據(jù)結(jié)果進行判斷使用除草劑的類型和時間。

項目進展：“手持式光譜儀無法幫助農(nóng)場主和種植者提供雜草種類信息，無人機的初始掃描圖像也無法明確雜草種類，”Ostlie在實驗記錄上寫到，“然而，通過無人機拍攝的圖像，可以確定雜草發(fā)生的特定區(qū)域。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)小麥和雜草在視覺圖像上具有一定差異性，如加拿大薊和常見的乳草屬植物，通過圖像校正分析，可以將小麥作物和雜草進行區(qū)分，確認雜草發(fā)生位置和程度，進行除草劑的噴施作業(yè)控制雜草生長。”