无人机改变农业的5种方式:作物评估、畜群监测、疾病监测、水体监测、机器授粉

作者:郭小东 2019-06-10 20:54

无人机之于农场,或许就像雄性蜜蜂之于整个蜂巢的健康一样,至关重要。而如今,无人机技术不断发展,在高科技时代也具有了新的含义。

 

正如联合国粮食及农业组织无人机和农业领域的编辑Gerard Sylvester所说,无人机,这种小型飞行机器人,正迎来一场新的农业革命。据估计,未来几年农业无人机市场规模将达到数十亿美元。

 

西尔维斯特说,随着农民们不断努力适应气候变化及其他挑战,无人机有望帮助整个农业企业提高效率。布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学的气象学家David Schmale也表示,“无人机技术早已存在,现在亟待明确的是它能带来些什么,据我们所知,目前无人机已经可以作为冷却传感器的载体了。

 

当配备摄像机和其他数据采集设备时,无人机就成了“天空之眼”,它可以侦查到值得我们多加关注的植物害虫或干燥斑点。甚至在某些国家,无人机已经用于定期运送肥料或杀虫剂。

 

据估计,平均每个日本家庭的三碗米饭中就有一碗是在无人驾驶直升机喷洒农药的协助下种植而成的。包括加利福尼亚州和纽约州的葡萄种植者在内的美国农民,一直在试验无人机,以探测可能缺水或土壤质量不达标的“低活力”地区。

 

虽然无人机已经尽量做到无所不知了,但仍然存在盲区:例如,从作物中辨别杂草,这需要特殊的感知能力。挑战也依然存在,包括如何分析和解释这些滑动装置收集的大量数据,以及如何共享和谁共享这些数据。尽管如此,无人机可能很快就会成为农业机械的标准配置。以下是无人机可能从事的任务的部分例子:

 

1
作物评估


监控农田需要大量的时间和人力。而利用无人机则可以扫视和盘点,对生长较慢的植物进行监测,从而了解到这些植物可能需要氮或其他补救措施。测量植物吸收和反射的特定波长的光的传感器可以生成颜色对比图像,突出某一块农田的问题区域。

 

这些数据生成的图像包括NDVI(归一化植被指数)地图,是通过长期使用卫星和飞机,并利用近红外和可见光辐射差的比值创建的。最新的传感器利用了光谱中额外的波长,并添加了过滤器和其他分辨率增强技术。不仅可以区分土壤、作物和森林,还可以发现哪些植物生病了,因为受到压力或脱水的作物的反射光线的方式明显有别于健康的作物。最近的研究表明,这种光谱数据还可以发现受漂浮农药“麦草畏”(dicamba)伤害的作物以及可在行间生长的抗除草剂杂草。

 

不同植被的NDVI图像

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资料来源:knowablemagazine

 

然而,要在一排植物中区分杂草和作物仍然很难。位于密西西比州斯通维尔的美国农业部作物生产系统研究部门的农业工程师黄彦波说,“作物和杂草在无人机看来,都是绿色的”。他正在研究一种算法来确定叶子的形状和纹理,再结合成像信息,就能分辨出棉花和杂草。

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2
牛群放牧


农场面积较大的农场主可以使用无人机,对牲畜进行追踪,并寻找到围栏需要固定的地方。当配备高清热成像仪和夜间摄像机时,无人机还可以协助侦察到那些可能正在肆虐牧群的动物(这种无人机还可以用来追踪偷猎者,比如印度卡齐兰加国家公园就用其来防止独角犀牛被偷猎)。

 

3
疾病监测


在未做仔细监察的情况下,枯萎,或者其他损害作物的病原体可能会成为漏网之鱼,从而得到迅速传播。虽然光谱成像技术可以发现绿色植物中的黄化植物,但弗吉尼亚理工大学的Schmale正尝试着利用无人机,在病原体着陆之前就将其侦测到。他还发现了真菌镰刀菌(Fusarium graminearum)的空气孢子,这种空气孢子会给小麦和玉米造成损害,可蔓延至几公里外甚至更远的地方。如果农民们知道附近县有病原体爆发,通过空气采样就可以提醒他们病原体何时到来。 联邦和州政府机构也可以更大规模地监测病原体,让农民们能在爆发之前做好准备。

 

4
对水的检测


许多农田并非都是平坦的,所以有些地方可能比其他部分干得更快。而光谱和热成像可以发现作物枯萎的干燥点,成像技术还可以检测设备和灌溉渠道的疏漏。 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,并确定影响作物健康和造成土壤侵蚀的其他土地特征。

 

5
机器授粉


当蜜蜂无法进行授粉时,无人机或能帮助它们。总部位于纽约的一家初创公司开发了一款授粉无人机,帮助杏仁、樱桃和苹果果园进行授粉。该公司称,他们的的无人机可以将授粉率提高25%到65%,不过目前还未有可靠分析对其进行证实。但仍有一些果农乐观地认为,无人机可以在果园中发挥作用,尤其是在天气寒冷,但蜜蜂却无法离开蜂巢进行授粉的时候。

 

原文链接:https://www.knowablemagazine.org/article/technology/2018/eyes-sky-5-ways-drones-will-change-agriculture

编译:郭小东

注:文中如果涉及35斗记者采访的数据,均由受访者提供并确认。

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