無人機智能自主協同控制在農業中運用

時間:2022-07-07 15:01:30

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無人機智能自主協同控制在農業中運用

盈車嘉穗、倉箱可期,古代農業全仰仗風調雨順的自然饋贈。而對于現代農業而言,碩果累累、穰穰滿家,既少不了天時地利的幫襯和饋贈,也離不開農業科技的助力和支撐。從“背灼炎天光”到“無人化耕作”,以無人機為代表的智慧農業走向田間地頭,成為現代農業的“新主角”。借助農業科技的“千里眼”和“順風耳”,現代農業能眼觀六路、耳聽八方。尤其是以無人機為代表的新興科技在農業中的應用更是極大地推進了農業機械化、農機無人化、生產信息化。

無人機具備成本較低、操作便捷、生產效率高等優勢。近年來,我國無人機發展迅速,其中植保無人機的保有量以每年100%的速度遞增,無人機在農業生產中的廣泛應用已成為“互聯網+農業”的實踐典范。目前,無人機技術正深度融合多種數字信息、傳感技術,并逐步嘗試通過智能自主協同控制進行自主決策、協同工作、植保作業、遙感監測等工作,可見無人機在農業領域的快速落地對農業轉型升級發揮重要作用。

自主決策是無人機智能自主協同控制的“智慧大腦”。無人機的自主決策分為適應性自主、系統性自主及學習性自主等3種類型,其自主決策主要體現在2個方面。一方面是外部態勢感知技術,即一種基于地理環境的敏銳感知能力。依托于視覺感知技術和衛星遙感技術,無人機可以迅速捕捉地貌形狀、地理環境、風力等級等基礎信息,為后期的農業工作開展提供精準的環境畫像。另一方面是內部態勢感知技術,即一種基于設備機件的自主檢測能力。依托于飛行健康管理系統,無人機可以有效掌握機器的油耗和故障狀況,判斷設備狀態,進行故障預警,以應對農業作業中的不確定性。協同工作是無人機智能自主協同控制的“核心樞紐”。一是設備互聯。無人機通過5G通信技術,形成網狀拓撲結構,實現各農業機器的設備互聯、信息暢通、工作協同,從而提升信息準確性。在地形復雜的區域,無人機可以發揮網絡中繼作用,維系系統的正常運行。二是自主操作。在無人機農業作業領域中引入北斗導航技術,可以發揮其自主導航、自主駕駛的功能,使無人機能夠根據控制中心所設定的路徑進行操作。通過遠程指令控制,無人機可對玉米、小麥、水稻等農作物耕種管收進行全流程的無人化作業。植保作業是無人機智能自主協同控制的“左膀右臂”。一是作業靈活。無人機能夠突破地域的局限,在水田、山地、丘陵等常規植保設備難以進入的區域進行高效工作。如,甘肅省定西市馬鈴薯種植基地運用T20植保無人機對馬鈴薯田進行噴灑作業,達到了節省農業消耗、提高作業效率、降低管理成本的效果。二是精準高效。無人機在農作物0.5~2.0m的距離范圍內噴灑藥劑,加上旋翼產生的向下氣流,可以將藥劑直接作用在作物的葉片和莖干上,漂移較少,精確度高,“人藥分離”的效果比人工作業更加安全、可靠、高效。遙感監測是無人機智能自主協同控制的“智慧天眼”。一是農情監測。無人機利用遙感技術,可對農作物的生長期、生長狀況、病蟲草害、表型信息、覆蓋率等進行收集評估,為農情監測提供依據。基于大數據分析結果,管理者可提出相應對策,適當調整措施,減少種植障礙,提高作物產量和質量。二是信息追蹤。利用紅外、圖像分析等技術對無人機進行監控和追蹤,可以獲得更準確的地表情況和作物生長信息。在未來,通過運用無人機及遙感衛星,可以實現更大區域的農作物生長監控和更大范圍的智能化無人耕種。

總之,無人機技術賦能農業已成為農業高質量發展的重要路徑,未來將引發更多農業生產方式的深刻變革。基于上述應用實踐,探討無人機智能自主協同控制在農業中的應用等學術著作也越來越多。其中,經暨南大學出版社于2021年10月出版的《多旋翼無人機理論設計與實踐及人工智能應用》一書,對無人機智能化應用進行了學術探討。該書不僅介紹了多旋翼無人機的飛行原理、動力部件、控制原理與算法和軟硬件系統,還對無人機人工智能的基礎與應用進行了深入研究。全書內容深入淺出,案例豐富、內容翔實,既可作為人工智能等相關專業的課堂教材,也可作為無人機工程技術人員、科研人員的參考用書。

作者:吳思俊 單位:浙江工業職業技術學院