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2014 突破性科學技術:農(nóng)業(yè)無人機

發(fā)布日期:2014-11-05我要投稿我要評論

本文作者 Chris Anderson 為 3D Robotics 和 DIY 無人機組織的創(chuàng)始人,是《2014MIT突破性科學技術》榜單的第一名。

突破點:裝配攝像頭等傳感器的易用無人機價格低于 1000 美元。

突破理由:對作物的密切監(jiān)視可以提高水的使用效率和病蟲害管理。

主要參與者:3D Robotics、Yamaha、PrecisionHawk


Ryan Kunde 是一位葡萄酒商,他的家族在舊金山南部的一座小鎮(zhèn)上擁有一個葡萄莊園。但是 Kunde 并不是一位普通的農(nóng)民,他還是一名無人機操作師,跟他情況類似的農(nóng)民還有很多。他使用曾經(jīng)專屬與美國空軍的技術,通過從空中采集圖片,用多種傳感器以及機 器人來獲得數(shù)據(jù),他是美國農(nóng)民中利用大數(shù)據(jù)實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)的一批人。

對于 Kunde 和越來越多像他一樣的農(nóng)民來說,無人機是一種低成本的空中攝像平臺:有不少是固定翼飛機,更多的是四軸或多軸飛行器。這些無人機裝配了自動巡航的 GPS 導航系統(tǒng)以及由巡航系統(tǒng)自動控制的標準攝像機;地面的軟件可以讓無人機拍攝高分辨率的地面圖片。無人機的巡航軟件采用傳統(tǒng)的無線電來控制無人機的飛行,包 括設計飛行路徑,最大程度地覆蓋葡萄園的面積,控制攝像機以方便之后的圖像處理。

在低分辨率狀態(tài)下(即飛至 120 米的高空觀察作物,這是美國政府規(guī)定的無人飛行器的常規(guī)飛行高高度,再高了就需要向空管部門報備),可以讓農(nóng)民看到以前沒有看到的圖像。跟衛(wèi)星拍攝的圖像 相比,無人機拍攝的圖像成本更低,而且分辨率更高。因為無人機的飛行高度不存在云朵,所以可以隨時、無障礙地拍攝照片。而且無人機的成本也比載人飛機的成 本低,載人飛機每小時收費 1000 美元,而農(nóng)民們現(xiàn)在可以買到的農(nóng)業(yè)無人機價格不到 1000 美元。

農(nóng)業(yè)無人機能變得如此小巧、廉 價、易用全都仰仗于這些技術的巨大進步:微型微電子控制傳感器(加速器、陀螺儀、磁力儀、壓力傳感器),小型 GPS 模塊,異常強大的處理器以及多頻無線電。感謝這些組件在智能手機領域的廣泛應用,所有的這些組件的性能前所未有地越來越強,價格也越來越低。無人機的核心 ——自動巡航軟件,一般是由 DIY 無人機組織基于開源軟件編寫的(文章作者創(chuàng)辦了 DIY 無人機組織),沒有使用航天領域昂貴的代碼。

無 人機可以為農(nóng)民提供三種類型的詳細信息。第一種,從空中觀察作物,幫助農(nóng)民發(fā)現(xiàn)灌溉問題、土壤問題,甚至還能發(fā)現(xiàn)肉眼無法發(fā)現(xiàn)的蟲害和菌害。第二,空中的 攝像機可以提供多層次的圖片,既可以采集到普通的視覺光譜照片,也能拍攝紅外線照片,幫助農(nóng)民發(fā)現(xiàn)肉眼無法看到的作物健康問題。第三,無人機每周、每天甚 至每小時都可以飛一次,可以提供按時間排序的動畫,演示作物的生長變化,為更好的作物管理提供機會或者發(fā)現(xiàn)問題。

這是數(shù)據(jù)驅(qū)動農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢 的一部分?,F(xiàn)在的農(nóng)場充滿工程奇跡,高度自動化和各種創(chuàng)新讓農(nóng)民出最少的勞動力種出更多糧食。推土機可以前往預定的位置精準地在幾厘米的距離上自動均勻地 播種,GPS 定位的收割機可以準確地收割作物。通過無線網(wǎng)絡,土壤濕度、環(huán)境因素等信息全部發(fā)送到遠方的服務器供專家進行分析。如果我們可以更全面地掌握土壤中的水分 含量,更主動地發(fā)現(xiàn)灌溉、蟲害問題,對農(nóng)場有更全面的了解,會發(fā)生什么?這種問題已經(jīng)不再難以解決。我們期待到了 2050 年還能滿足全球 96 億人口的糧食問題。農(nóng)業(yè)是投入與產(chǎn)出的關系。如果我們降低了投入(水和殺蟲劑),同時保持相同的產(chǎn)出,就解決了這個世紀的核心問題。

農(nóng)業(yè)無 人機正在變成像其他消費級產(chǎn)品一樣的工具,我們已經(jīng)開始探討它能為我們做些什么。Ryan Kunde 希望能降低灌溉次數(shù)、殺蟲劑的使用量,這樣他就可以釀出更好的葡萄酒。獲得更多、更好的數(shù)據(jù)可以降低用水量,降低我們對環(huán)境和食物的化學負擔。從這一角度 來看,原來的軍方技術最后很有可能會變成人人稱贊的綠色科技,以后在農(nóng)場出生的孩子每天都可以看到頭頂上嗡嗡的無人機飛來飛去。

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