農業領域中無人機的潛在應用有哪些

       無人機正在制造一場新的農業革命。據估計，未來幾年無人機在農業市場的規模將達到數十億美元。做為聯合國糧食及農業組織和國際電信聯盟關于“無人機和農業”的研究報告的編輯，信息專家Gerard Sylvester說，隨著農民們努力適應氣候變化并應對其他挑戰，無人機有望幫助整個農業企業提高效率。

       當無人機配備了攝像機和其他數據采集設備時，無人機就成為了“天空之眼”。在一些國家，無人機已經定期用于運送肥料或殺蟲劑。美國農民，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，以調查水資源缺乏或土壤無法吸收的“低活力”區域。

       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業機械的標準配件。下面介紹一些無人機在農業領域潛在應用的例子：

1、作物評估

       要監控整個作物種植的區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域。從這些數據生成的圖像包括NDVI（歸一化差異植被指數）地圖，其通過計算近紅外和可見光輻射的差異的比率得出，并通過衛星圖像和無人機的長期監測獲得。

       通過這種方法，可以區分土壤、作物和森林，還可以發現生病的植物，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，這種光譜數據可以發現被漂浮的農藥傷害的作物，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查。由此產生的地圖突出顯示了需要進一步調查的區域：NDVI地圖上有一塊由蠕蟲侵染的部分（區域B），旁邊則是無感染的健康作物（區域A）。還可以看到巖石（區域D），小麥莖被破壞的區域在地圖中則以亮粉色突出。

2、牧群監測

       養殖牛的牧場主在廣袤的農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星監測大平原植被生長的努力推動了NDVI的發展。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據，并創建顯示作物健康變化的地圖。

3、疾病監測

       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的黃化植物，但弗吉尼亞理工大學的Schmale正在使用無人機發現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，已經飄走了幾公里甚至更多。

       如果農民知道附近縣的病原體爆發，空氣采樣可以提醒其即將到來。聯邦和州政府機構還可以更大規模地監測病原體，使農民能夠在爆發之前做好準備。

4、水分監測

       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，農民可以使用機載激光掃描技術或將數千張高質量航拍照片拼接成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，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公司開發了花粉傾倒無人機，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。