无人机在现代果树生产中的应用

杨江生，李帼英，马建芳(天水市果树研究所，甘肃 741002)

当今的果树生产面临着一系列的挑战，包括如何在确保高产和优质的同时有效监测果树发育及其生长环境、如何进行病虫害精准防治及高效采摘和运输果品等问题。传统方法很难满足这些需求，而无人机作为一种高效且灵活的工具，正在逐渐为果树生产带来新的机遇。无人机的应用为果树生产提供了新的解决方案，能够提供高精度的生长环境监测，帮助果农更好地了解果树的生长情况。同时，无人机可用于病虫害的监测和防治，精确施药，在减少农药使用量的同时提高防治效果。此外，无人机还可以实现果实的高效采摘和快速运输，极大地提升果树生产效率和产量。然而也面临着一些挑战，如飞行安全性、数据算法及处理能力等方面的问题。因此，有必要进一步研究和探索无人机技术在现代果园中的应用，以充分发挥其在现代果树生产中的潜力。

1 无人机在果树生长监测中的应用

1.1 无人机成像技术在果树生长监测中的应用

无人机配备的高分辨率相机可以提供极为精确的果树成像和监测能力，主要有以下3种：一是RGB相机，最常用的相机类型之一，它可以捕捉到红、绿、蓝3种主要颜色的图像信息；二是近红外(NIR)相机，能够提供植物的健康状态信息，包括叶绿素含量、植被覆盖度、水分含量等；三是热红外(Thermal)相机，能够提供果树的热图，显示植株温度的分布情况，可以检测果树的应激状况、热损失以及病虫害影响下的温度变化。利用无人机图像技术，我们能够快速而准确地评估果树的生长情况、枝叶状况以及果实数量等关键因素。通过无人机搭载的摄像头，可以获得高分辨率的果树图像数据。这些图像数据可以被传输到地面计算机或云端进行进一步分析，以获取关于果树生长状态的详细信息。通过对果树的生长情况进行动态监测，果树种植者能够及时了解果树的生长趋势、叶片状况以及果实的发育情况。这种高精度的实时监测能力可以帮助果农优化果树的管理措施，如施肥、灌溉以及采取措施防治病虫害。

1.2 点云技术在果树生长监测中的应用

首先，点云技术可以提供高分辨率的果树三维模型。通过无人机携带的激光雷达(LiDAR)扫描果树，可以获得果树的准确形状和结构信息。这种三维模型可以用于精确测量果树的高度、冠幅、枝条密度等参数，帮助果农了解果树的生长情况和结构特征。通过对历史扫描数据和实时扫描数据的比较，也可以分析果树在不同时间段内的生长变化和发展趋势。其次，点云技术可以用于果树病虫害的监测和识别。通过激光雷达扫描果树，可以捕捉到果树表面的微小变化和形态特征。通过分析点云数据，可以识别出果树表面异常点、枯死区域或受害区域等，提醒果树种植者及早发现并处理病虫害问题。再次，点云技术还可以辅助果树的农艺管理工作。通过点云数据，可以进行冠层分析，确定果树的密度、重叠情况和建议修剪方案。此外，通过点云数据的分析，可以进行果实数量和果实分布的测量，帮助果农进行果实采摘计划的优化。总的来说，通过点云技术，果农可以进行精细化的农艺管理措施，适时掌握果树的生长动态和产量情况，并及早发现和处理病虫害问题。

2 无人机在病虫害防治中的应用

2.1 病虫害监测与预警

无人机配备红外线相机和多光谱传感器可以快速扫描果树冠层，捕捉病虫害相关的热点和反射特征。通过对采集的数据进行分析，可以实现对果树病虫害的早期监测和预警。与传统的人工巡视相比，无人机可以在短时间内覆盖大面积果园，提高病虫害监测的效率和准确性。

2.2 精准喷洒技术

利用无人机进行病虫害防治时，可以根据病虫害的分布情况和作物需求，实现精准喷洒。通过喷洒装置和精确的导航系统，无人机能够在空中精准控制药剂的喷洒量和喷洒范围，避免过度喷洒和浪费，减少农药的使用量，同时最大限度地保护生态环境。

2.3 生物防治技术配合无人机的应用

无人机为果树生产提供了与传统生物防治技术相结合的平台。通过搭载生物制剂喷洒装置，无人机可以快速而均匀地将生物制剂喷洒到果树上，增强生物制剂的防治效果。

3 无人机在果实采摘与运输中的应用

3.1 无人机摄像技术在果实采摘中的应用

传统的果实采摘通常需要大量的人力和时间，而无人机摄像技术可以实现果实的快速识别和定位，从而可以精确控制机械臂、抓取器等设备进行果实采摘。通过无人机的机器视觉系统，可以快速而准确地识别出成熟果实的位置和状态，实现高效的果实采摘。

3.2 无人机在果实运输中的应用

无人机可以作为果实的运输工具，将采摘的果实从果园快速运送到加工厂或市场。相比传统的陆路运输，无人机具有更快的速度和更大的灵活性，能够通过空中最短路径快速到达目的地，减少果实在运输过程的损耗和变质。此外，无人机还可以应用自动驾驶技术，实现无人机之间的协同运输，提高运输效率。

4 无人机技术在果树生产中的挑战与展望

4.1 高精度定位与导航技术的发展

无人机应用在果树生产中需要准确的定位与导航能力，以实现精确的作业和任务执行。因此，需要不断改进和发展高精度的定位与导航技术，确保无人机能够精准地控制位置和运动轨迹，以应对复杂的果树环境和多变的操作需求。

4.2 高效能电池技术的改进与创新

无人机在果树生产中需要长时间的飞行能力和高效能的电池供电系统。当前，电池技术的发展还存在一些挑战，如容量限制、充电时间长、重量过大等问题。因此，需要加大对高效能电池技术的研发力度，提高电池的能量密度、循环寿命和快速充电能力，以满足无人机在果树生产中长时间、高效率的运行要求。

4.3 法规与安全问题

无人机在果树生产中的应用仍存在法规和安全方面的风险。无人机需要遵守航空管理规定，如保持合法的飞行高度、避免与其他飞行器碰撞等。同时，无人机在果树生产中的安全性也需要重视，需避免对人员、设备以及果树造成伤害。因此，需建立完善的法规体系和安全标准，以促进无人机在果树生产中的安全、可持续应用。

5 结论

无人机在现代果树生产中具有广阔的应用前景。通过无人机在果树生长监测、病虫害防治、果实采摘与运输等方面的应用，可以提高果树生产的效率和质量，降低生产成本，促进果农的收益增长。然而，无人机技术在果树生产中仍面临一些挑战，需要不断研究和创新，解决定位与导航、电池技术和法规、安全等问题。随着技术的进步和社会的支持，相信无人机将在现代果树生产中发挥更大的作用，为果树产业的可持续发展作出重要贡献。