无人机信息技术及其在果园生产中的应用研究
连剑文
无人机技术在果园生产中的应用可以提高管理精细化程度、减少农药使用，提高生产效率、质量和安全性，优化资源利用和数据驱动决策，从而促进果园生产的可持续发展和智能化发展。笔者在本文中分析了无人机技术的发展概况，介绍了其在果园生产应用中的优势与局限性，并对其未来发展前景进行了展望（图 1）。
图1 无人机组件
1 无人机技术发展概况
无人机是指不携带操作人员、由动力驱动、可重复使用、利用空气动力承载飞行、可携带有效载荷、在远程控制或自主规划的情况下完成指定任务的航空器。随着电子技术、材料技术以及空气动力学等科学技术的发展，无人机逐渐向小型化、信息化和轻量化发展。
2 无人机在农业领域的应用现状和趋势
无人机与智慧农业有着密切的关系。智慧农业是利用现代信息技术和物联网技术，通过数据采集、分析和应用，实现农业生产的智能化和精细化管理。而无人机作为一种重要的信息获取工具，可以在农业生产中发挥重要作用。无人机技术在农业领域的应用前景广阔，能够提高农业生产效率、降低成本、改善环境效益，符合农业绿色、智能化发展的趋势 。在农田巡查与监测方面，无人机可以搭载多种传感器，如红外线、多光谱、热成像等，用于监测农作物的健康状况、土壤质量、水资源利用等，实现精准化农业管理。在病虫害监测与防治方面，利用高清相机、光谱传感器等技术，无人机可以快速扫描农田，及时发现病虫害，及时进行防治，减少农药的使用 。通过无人机还可以进行精准化施肥和喷药，提高施肥喷药效果，保障农产品质量和安全。无人机可以结合摄影测量技术，对大面积农田进行测量和量化分析，比如获得水稻株型、株高等参数，辅助农民进行水稻管理 。在识别和采摘方面，通过机器视觉和智能算法，无人机可以识别和采摘成熟的果实，提高采摘效率和果实品质 （图 2）。
图2 无人机采集数据
随着科技与相关配套设施的不断发展与完善，无人机技术在农业中的应用有着多方面的优势。在多传感器集成与数据处理上，未来的无人机将集成更多种类的传感器，并通过数据处理和人工智能技术实现更精准的农业监测和预测。
3 无人机技术在果园生产实践中的优势
随着技术的不断发展和创新，无人机在果园生产中的应用将进一步扩大，并为果农提供更多的便利和效益。果园生产中的许多工作，如巡检、监测、施肥和采摘等，传统的人工操作往往效率低下且耗时，而无人机技术可以实现自动化和高效化，减少人工成本，提高了生产效率。无人机可以快速扫描和监测果园，提供及时的数据反馈，帮助果农及时发现问题并采取措施。无人机可以自动执行一些农业任务，如喷洒农药、施肥和采摘，提高生产效率，减少人力成本。洛川县苹果园实施无人机喷药的试验结果表明，无人机喷药和传统喷药相比可以减少农药用量 80% ，喷药用水减少95%，整个生产季节中，使用无人机喷药的果园比传统方式喷药的果园减少劳动时间 13 天，全年节约雇工成本 600 元 。
此外，果园中的生长状况、病虫害和土壤质量等因素对农作物的产量和品质有着重要影响。通过搭载各种传感器和高分辨率相机，无人机可以实现对果园中各种参数的实时监测和精细化管理，监测果园的生长状况、土壤质量和病虫害情况等 。王腾 学者在基于无人机倾斜摄影的柑橘冠层特征提取与产量预估中的研究表明，利用无人机倾斜摄影技术获取冠层特征并应用于奈维林娜脐橙的产量预估，平均绝对误差为 3.76，平均相对误差绝对值为4.43%，证实了这一模型在生产实践中的有效性。通过精确的数据收集和分析，果农可以更好地了解果树的需求，有针对性地施肥、灌溉和防治病虫害，减少资源浪费和环境污染，提高果园的可持续性。例如，大疆农业与中国农业科学院植物保护研究所合作，进行了植保无人机田间试验，推动了无人机在果园应用的模式，实现了果树的精准防疫（图 3）。
图3 无人机监测果园状况
在农产品质量与安全性方面，传统的果树施药往往不够精确，存在过量使用和药物残留的问题。而无人机技术可以实现精准喷洒，根据果树的生长情况和病虫害发生情况，精确计量和喷洒农药，减少了农药的使用量，降低对环境和生态系统得到保护，避免浪费和误伤，减少对环境的污染，提高果品的质量和安全性，满足消费者对绿色果品的需求。另外，无人机可以用于果树的授粉，提高果实的结实率和品质。通过搭载粉尘或喷雾装置，无人机可以在果树间飞行，实现精确的授粉。
在减少劳动强度和风险方面，果园生产中人工操作往往需要面对高强度劳动和潜在的风险，如攀爬树木、施药时接触危险物质等。通过引入无人机技术，可以将人工操作的风险降至最低。多架无人机还可以进行集群协作和协同作业，提高效率和扩大覆盖范围。例如，一架无人机可以进行监测和诊断，另一架无人机可以进行农药喷洒，实现多任务同时进行，提高果园生产的效率。
在农业智能化发展方面，无人机技术代表了农业智能化的发展方向，将传统农业和新兴科技结合，实现数字化、自动化和智能化管理，推动农业向现代化、高效化和可持续发展的方向迈进。
在数据驱动决策方面，无人机搭载的传感器和相机可以收集大量的果园数据，通过数据分析和人工智能技术，果农可以更好地了解果园的土壤质量、水分状况和养分需求等，有针对性地进行土壤改良、水资源管理和养分调控，进行准确的决策和规划，优化果园管理策略，优化资源利用效率，减少浪费，提高果树的产量和品质。无人机可以用于果园的监测和诊断，帮助果农了解果树的生长状态、病虫害情况和营养状况。例如，无人机搭载的相机和传感器可以获取果树的图像和光谱数据，帮助果农及时发现问题并采取相应的措施。无人机搭载的传感器和相机可以产生大量的果园数据，通过数据分析和决策支持系统进行处理，帮助果农做出科学决策，优化果园管理策略，提高果树的产量和质量。冯健等 利用无人机传感器影像技术，设计了一套柑橘果园的产量估算系统，试验表明在果园中对柑橘产量的估算获得了最高 88.6%的准确率，能够切实辅助果农对产量进行估算，为果园的智慧管理提供科学决策依据（图 4）。
图4 利用无人机精准施肥
4 推广无人机技术应用的可行性建议
无人机技术在果园中有着种种优势，但是鉴于推广成本高、培训难度大等因素，在生产实践中的广泛应用还存在着现实困难。为了进一步推动智慧农业的发展，可以通过政策支持、技术培训，以及合作平台建设等多方面的措施来推动无人机技术的发展和应用，从而提高果业生产的效率和质量，推动果业现代化进程。
第一，政府部门可以制定相关政策，鼓励和支持农业生产者和企业使用无人机技术。政策可以包括财政补贴、税收优惠和技术培训等方面，以降低无人机技术的成本和推广难度。第二，加强技术研发和创新。政府部门可以加大对无人机技术的研发投入，推动相关科研机构和企业加强合作，提升无人机的性能和功能。同时，鼓励创新，推动无人机技术与其他农业技术的融合，提高农业生产的效率。第三，建立规范和标准。相关部门可以制定相关的规范和标准，确保无人机在农业生产中应用的安全和可靠性。第四，提供技术支持和培训。政府部门可以组织专业团队，为农业生产者和企业提供无人机的培训和技术支持。通过培训，提高操作人员对无人机技术的理解和应用能力，推动无人机技术在农业中的广泛应用。第五，相关部门应加强对无人机的监管，确保无人机在农业生产中的合法、安全和可持续应用。包括制定相关法律法规，加强对无人机操作人员的培训和资质认证，以及建立无人机飞行管制和隐私保护机制。第六，可以搭建农业科研机构与无人机技术企业之间的合作平台，促进双方的合作交流和技术共享。通过合作，推动无人机技术在农业生产中的创新和应用，实现农业现代化和乡村振兴的目标。
5 无人机技术在果园生产中的局限性与改进方向
虽然无人机技术在果园生产中具有许多优势和应用前景，但同时也存在一些局限性。比如无人机的飞行受限于天气条件，如强风、暴雨等恶劣天气可能导致无法正常操作，可能会影响果园生产计划的实施。无人机飞行时间和载荷能力有限，电池寿命和承载能力制约了单次飞行的时间和携带设备的能力。此外还有技术操作和数据处理与分析的复杂性。操作无人机需要具备一定的飞行技能和专业的操作知识。飞行参数的设定、航线规划、遥控操作等都需要操作人员具备相应的技术能力，增加了技术门槛和人力成本。在数据处理上，大量由无人机收集的数据需要进行处理和分析，这需要专业的技术和人力资源支持。在初期投入与运营成本方面，无人机技术的引入需要较大的初期投入，此外，维护、修理和更新设备也需要一定的运营成本，这对一些经济条件较差的果农可能有一定的压力。在飞行安全与隐私保护方面，果园生产中无人机操作存在一定的安全风险，如碰撞、坠落等可能对人员和设备造成危害。无人机在果园中飞行时应密切关注安全，避免与人员或建筑物发生碰撞。此外，无人机携带的相机等设备也可能引发隐私保护方面的问题，需要应用相关法律法规，保护用户隐私。果园的布局、不同果树的生长特点等因素需要有针对性地进行无人机飞行路径规划和作业模式设定 。因此，对于不同种植模式和果树种类的果园，无人机的应用需适应性调整和个性化布局。
虽然无人机技术在果园生产中存在一些局限性，但随着技术的不断进步和应用经验的积累，这些问题有望得到缓解或解决。果农在应用无人机技术时应充分考虑具体需求和现实条件，并结合其他手段，选择适合的解决方案。为了更好地利用无人机技术，需要进一步研究和改进无人机的性能和操作技术，与果园实际情况的适配。无人机技术在果园生产应用中的改进方向和发展前景有以下几个方面 。
第一，智能化和自动化。未来的无人机可能会更加智能化和自动化。通过引入人工智能和机器学习算法，无人机可以更好地了解果园的需求，并自动执行任务，这将提高生产效率和减少人力成本。同时通过提高传感器的精确性等方式，保障无人机的飞行安全，减少可能存在的安全事故 。
第二，数据分析和决策支持。随着无人机搭载的传感器和相机技术的不断进步，收集到的果园数据将更加丰富和精确。通过数据分析和决策支持系统，果农可以更好地利用这些数据，做出更准确的决策，优化果园管理策略，提高果树的产量和品质 。此外，通过信息技术的支持，进一步保障用户的信息与隐私安全。
第三，环境保护和生态平衡。无人机技术在果园生产中的应用可以更好地保护环境和维护生态平衡。通过精准喷洒和精细化管理，可以减少农药和化肥的使用，降低对环境的影响。此外，无人机还可以用于监测和预警病虫害，及时采取措施，保护果园的生态系统。
6 结 语
无人机技术应用广泛，在农业、航拍摄影、物流运输、环境监测等领域发挥着重要作用。无人机技术在果园生产中的优势明显，发展前景非常广阔。随着新材料、新能源和新技术的应用，无人机的续航能力和载荷能力将进一步提升。未来，无人机将在果园生产中发挥越来越重要的作用，进一步提高管理效率、优化资源利用、保护环境和推动果业可持续发展。
