农业无人机 无人机改变农业技术范式的 10 种方式

您可能对无人机很熟悉，也知道它们的主要用途。虽然有些人利用无人机进行空中监视或仅用于娱乐，但农业业主正在慢慢认识到无人驾驶飞行器 (UAV) 可能对土地管理产生的巨大影响。无人机现在已成为下一代农业浪潮的一部分，这一趋势也被称为智能农业，这是一种以软件为中心的整体方法，可以实现长期的种植传统。

随着世界人口持续激增，粮食产量必须增加70%才能充分供应所有人，这迫使农业行业变得更加高效——以更快的速度生产更多粮食。

无人机为农作物和牲畜管理带来了前所未有的精 确度，帮助农民扩大产量而不影响产品质量。无人机能够支持过去需要卫星通信或载人飞机才能实现的遥感技术。

商业无人机应用正在兴起，农业技术为结合物联网/无人机/智能传感器/数据分析提供了优 秀的测试领域。

无人机在农业领域的未来

1）防治农作物病虫害

农民正在使用无人机来衡量他们的农业技术，利用数据技术绘制农作物地图并喷洒农药，以确保农作物获得保持健康所需的精 确营养。

每年约有30-40%的栽培作物因病害死亡。为了防止这种情况继续发生，农民必须投入时间和宝贵的资源（如无人机）来开展工作。通过使用无人机检查田地，农民能够更准确地评估作物的病害症状并判断这些症状的严重程度。

农民将无人机拍摄的图片数据与地面分析数据进行比较，以确定无人机的性能。在验证设备后，无人机可以自由地在田间漫游，并将数据传回给种植者，不断收集与田地健康状况相关的指标。

最终，无人机旨在捕捉腐烂迹象，而人眼无法通过智能传感器网络感知腐烂迹象。通过主动捕获这些信息，我们可以在作物开始出现任何可见迹象之前检测出植物中可能存在的疾病，并立即治疗感染。

如果农学家能够尽早喷洒农作物，瞄准杀菌剂效果最 佳的正确位置，他们就能获得更高的产量。这对于对抗气候变化的影响尤为重要。随着气候变化，农民无人机将识别压力，帮助我们调整条件并恢复体内平衡。

无人机使用带有独特滤光片的多光谱相机来捕捉电磁波谱中选定部分的反射光。使用多个镜头和滤光片可以让种植者更好地了解作物的健康状况，这是他们以前从未有机会看到的视角。

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2）粮食安全

随着世界人口的增加，可耕地面积日益减少，营养不良问题日益严重。人类食物的主要来源是植物和动物。展望未来，粮食安全将成为发达国家和第三世界国家的主要关注点。

人类生存的命运取决于农业和畜牧业。无人机可用于通过优化投入、时间、劳动力和成本来重建畜牧业和农业耕作。智能农业可以大幅提高生产力。用途包括播种、灌溉、精准施肥、收割、检测土壤健康状况和检测植物高度。

无人机还可以用于牲畜识别生病的动物、检查牧场质量以及一般性观察动物。随着气候变化问题日益严重，无人机可以通过改善土壤健康来减少一些问题。

通过扫描地面，他们可以探测到土地的干燥部分，了解哪些地方缺乏氮等营养物质。世界粮食安全委员会表示：“精准农业就是在正确的时间、正确的地点以正确的数量投入，只关注有问题的地区。”

考虑到健康的土壤可以吸收二氧化碳，无人机间接促进了碳排放的减少，为缓解全球气候变化做出了贡献。向现代化和机械化转变将改变世界各地的农业，以缓解粮食危机。

3）肥料

开发人员已经确定，无人机可以帮助农民施肥，而所需时间只是人工施肥的一小部分。

无人机可以在几分钟内完成基本的农业任务，而不是几个小时，从而提高效率，满足农业行业无法完成的需求。无人机时代将提高效率并实现产量最 大化。无人机绘制卫星地图，帮助农民做出有关肥料分配的关键决策。

如果我们能够更好地了解肥料需求，我们可以大幅削减成本并提高利润率，因为肥料占投入成本的 50%之多。通过使用无人机中嵌入的高科技传感器，农民可以深入了解施肥的位置以及需要更多养分的位置。这样，肥料就可以在最需要的地方被植物吸收。 

单单这一进步就有可能大幅提高产量。水的使用同样对施肥的准确性起着重要作用，农民可以利用数据调整农田灌溉，从而知道要施用多少肥料，避免浪费多余的水。

无人机技术将有助于减少过量肥料流入附近河流或溪流。径流减少将减少世界各地水系统中的藻华和死区。

4）除草剂

无人机上安装的摄像头只专注于在最需要的地方使用除草剂，而不是喷洒整个田地，从而减少了除草剂的使用。摄像头会拾取与作物中杂草的证据相对应的光谱部分。这些信息将提供给佃农，佃农用它来绘制田地地图并确定问题的位置。

检查完区域后，通常会有人在喷洒前手动勘察该区域。无人机将完成此过程所需的时间缩短了数小时，在某些情况下，原本需要一整天的工作现在只需 20 分钟左右。在使用无人机之前，农民通常是步行或乘车从一英亩到另一英亩，但随着植物的生长，覆盖地面和确定准确性变得越来越困难。

现在，大型无人机可以携带多达 20 升农药，并沿着预先绘制的路线到达预定的喷洒安全区。无人机取代了辛苦的劳动，消除了背负式喷雾器的危险。超过10,000 名经过培训的操作员已经在使用商用喷洒无人机来减轻工作量。 

5）杀虫剂

除了令人厌烦之外，蚊子似乎并不具有威胁性。然而，它们作为疾病携带者的名声引发了有关无人机杀虫剂分发的讨论。有人提出了专注于低空空中喷洒以控制蚊子数量的建议，农民对此也产生了兴趣。

会啃食植物的昆虫会在叶子上打洞、使叶子变成骨架、使叶子脱落或吞噬植物的根部。茎蛀虫会伤害或杀死单个茎，或吞噬整个植物。昆虫在植物组织中产卵也会对植物造成损害，损害植物的茎或枝。

此外，植物可以传播被称为病媒的疾病，这会增加经济损失的风险。无人机对昆虫的作用与对杂草的作用相同。无人机将飞越该区域以检测受影响的区域并喷洒该区域。借助昆虫检测技术，农民可以减少散布到农田并排入附近水体的危险化学品的数量。

6）近红外传感器

开发人员使用近红外 (NIR) 传感器测量制造过程中的关键参数。使用光学机制可以实现准确、稳定和有力的测量。使用几何技术可以精 确定位需要进行特定测量的关注区域。

这些量包括环境照明、相对湿度、产品高度波动、季节差异和颜色变化。NIR 传感器可提高质量保证。

在农业领域，NIR 传感器主要研究电磁辐射与土壤或植物材料的相互作用。农业无人机上的多光谱成像摄像机传感器使种植者能够更准确地管理作物、土壤、施肥和灌溉。

通常，遥感涉及测量农田反射的辐射，而不是被吸收的辐射。由于叶片密度和冠层结构的影响，植物在近红外部分的反射率较大。

红光波长可监测多种植物健康问题，包括真菌病原体、盐分过量和营养素缺乏。农民可以使用 NIR 技术更有效地监测、规划和照料农场，从而节省时间和金钱。 

7）热像仪

无人机上的热成像摄像机可以用作非常强大的工具，它可以检测几乎所有物体或材料发出的热量，并将其转化为视觉图像或视频。我们生活中的一切都会释放热能，甚至冰也是如此。物体越热，释放的热能就越多。这种释放的热能被称为“热信号”。

当您观察热视觉时，温度也会影响辐射波的波长和频率，物体周围的辐射是从一系列波长辐射的能量。

当物体的温度升高时，释放辐射范围内的波长会减小。热成像摄像机对于饲养牲畜的农民来说非常有益，摄像机可以观察他们的牲畜和可能接近的潜在捕食者。

这些摄像机可以进行调整以识别地面冷热之间的差异，并能够到达肉眼难以到达或看到的区域。

热测量可以快速显示田地中哪些位置灌溉不足或过度。虽然确定排水的传统方法是探测和挖掘，每次需要花费数小时，但农民现在能够使用无人机技术在家中舒适地远程检测这些问题。

8）人工智能

无人机技术将给农业行业带来高科技改造，使农民有机会根据实时数据收集和处理来制定计划和战略。

普华永道预测，无人机农业解决方案的市场规模将达到 324 亿美元。该技术将用于土壤和田地分析、种植、农作物喷洒、监测、灌溉和健康评估。 

展望未来，无人机可能包含自主无人机舰队，它们可以合作完成农业监测任务，也可以自行收集数据。阻碍这一进程的因素包括安全操作、隐私问题和保险范围问题。必须制定法律来制定标准，以便仅将此类技术用于商业目的。

人工智能在农业领域的一个新兴应用是预测分析。借助这一技术，无人机可以追踪和预测多种环境因素对农作物产量的影响，例如天气变化。专家预测，62% 的农业行业人士期待在不久的将来拥有一架无人机。

无人机及其不断改进的技术已经改变了农民规划未来生产的方式，甚至包括精 确定位下一批种子的最 佳种植区域。人工智能是无人机使用的自动化组件，为无人机编程一组参数，并观察它执行这些参数。

9）授粉

授粉是植物繁殖的自然过程。花粉含有植物的遗传物质，必须从同一植物物种的雄性传到雌性才能实现受精。

世界上约 75% 的农作物（如苹果、巧克力、胡萝卜和西红柿）在一定程度上依赖授粉。据估计，借助授粉媒介生产的食物每年价值在 2350 亿美元至5770 亿美元之间。由于蜜蜂数量的减少，开发人员发明了用于人工授粉的温室无人机。

蜜蜂数量下降的原因多种多样，从栖息地丧失到病原体、寄生虫和气候变化。自花授粉和异花授粉的无人机都可以收集和绘制温室环境数据。

自主授粉和成像系统 (APIS) 的开发是为了帮助西红柿等自花授粉作物。无人机用相机定位花朵，然后释放气流震动一枝花，然后拍摄花朵的照片以查看授粉情况并检查其成功率。其目标不是取代自然授粉者，而是在需要时，开发的技术将为它们提供帮助。

10）种植种子

当前，无人机技术的进步大大降低了播种成本。BioCarbon Engineering公司目前拥有一支无人机工作组，每天可以种植多达 10 万棵树。无人机飞过指定区域收集信息，将“种子荚”投放到更有可能生长的地区。 

借助 3D 测绘技术，无人机可以优化田地配置并创建播种模式。种荚不仅可以播种，还可以将充满营养的种荚放入地下合适的深度，为正在生长的作物提供养分。

种植后，无人机进行的土壤检查可为灌溉和氮水平监测提供数据。这种播种技术比人类手工播种快近 10 倍，并为农学家降低了一半的成本。

在人口持续增长的世界里，确保粮食安全的唯 一途径是通过农业创新。我们必须更加精准地掌握种植技术和土地管理。无人机能够以人类永远无法做到的方式观察地势，从我们以前无法（以可承受的价格）到达的高度和深度收集数据。

通过实施农业无人机技术，农民可以获得有关作物状况的强大分析数据，从而满足各个田地的需求并最 大限度地利用所有可耕地的资源。

无人机是我们加速生产、进入更可持续的增长格局并满足未来人类需求的门票。

作者：

Kris Sibley是行业专家、定制软件提供商、增强功能提供商和编程社区的思想领袖。他对农业行业的变化趋势以及无人机技术如何推动农业的各个方面向前发展发表了评论。