無人機(jī)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(jī)在農(nóng)業(yè)市場的規(guī)模將達(dá)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(guān)于“無人機(jī)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(yīng)氣候變化并應(yīng)對其他挑戰(zhàn),無人機(jī)有望幫助整個農(nóng)業(yè)企業(yè)提高效率。
當(dāng)無人機(jī)配備了攝像機(jī)和其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備時,無人機(jī)就成為了“天空之眼”。在一些國家,無人機(jī)已經(jīng)定期用于運(yùn)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(jī),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(jī)正變得無比強(qiáng)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(jī)可能很快會成為農(nóng)業(yè)機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)配件。下面介紹一些無人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域潛在應(yīng)用的例子:
作物評估
要監(jiān)控整個作物種植的區(qū)域需要花費(fèi)大量時間和人力,而無人機(jī)可以快速掃過并檢查,找到那些生長緩慢、可能需要實施補(bǔ)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(yīng)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(jī)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(jìn)行了試驗,使用裝有傳感器的無人機(jī)對田地進(jìn)行了調(diào)查。由此產(chǎn)生的地圖突出顯示了需要進(jìn)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。
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(jī)跟蹤他們的牲畜,并排查哪些位置的圍欄需要固定。當(dāng)配備高清熱成像儀和夜間攝像機(jī)時,無人機(jī)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(jī)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(jī)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。
疾病監(jiān)測
在沒有仔細(xì)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(shù)可以揭示綠色植物內(nèi)的黃化植物,但弗吉尼亞理工大學(xué)的Schmale正在使用無人機(jī)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(jī)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(zhǔn)備。
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(shè)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(shè)備和灌溉渠道的泄漏。更重要的是,農(nóng)民可以使用機(jī)載激光掃描技術(shù)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。
機(jī)械傳粉者
實際上,蜜蜂機(jī)器人可能對授粉沒有太多幫助,但無人機(jī)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(jī),幫助杏仁、櫻桃和蘋果等水果進(jìn)行授粉。該公司報告稱其無人機(jī)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(rèn)為無人機(jī)在果園中可能是有用的。