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農用無人機多元應用

資料來源:行政院農委會農業試驗所/郭鴻裕研究員兼農化組組長(退休)

2014年5/6月號的 MIT Technology Review 列出了年度10大突破科技發展趨勢,其中之一便是無人飛機在農業的運用。過去農業委員會所屬機關及研究單位已經在農業、林業、漁業和山區農村安全管理中使用多種無人機,例如:土地管理、土地覆蓋監測、自然災害的農作物和漁業損害評估、農村3D景觀和農藥噴霧以及評估。農試所在105-109年智慧農業計畫開發無人機在農作物災害損害評估、肥料、農藥噴灑、作物病蟲害檢測和防治、農作物生長監測、作物收穫、病蟲害追踪、產量預估,其他陸續將開發:灌溉水資源監測、雜草侵入監測、農作資產追踪與管理、野生動物追踪、農作物栽培及收穫追踪、施肥管理及土壤侵蝕監測等應用。

依據評估結果,無人機在農業噴藥應用領域具有優勢,無人機作業高度低,穩定性強,無需專用起降機場,旋翼產生的向下氣流有助於增加農藥噴灑的霧化效果,具有自主作業能力的無人機噴藥作業,作為空中施藥平臺,搭載專用藥劑對作物進行精準高效的噴施作業,與傳統的人工、半機械化作物防治作業相比,農試所評估無人機噴灑效率可提升近30倍,可節省20%~80%農藥使用量,節約70~90%的用水量,其綜合收益約為人工手動噴施作業20倍,資源成本低,防治效率高,可遠距離遙控操作,大大減少操作人員與農藥的接觸,增強安全性等優點,作業經濟效益非常顯著。

圖1.草屯紅龍果UAV噴藥圖1.草屯紅龍果UAV噴藥

無人機遙測系統也是一種低成本的收集系統能夠提供田間作物監測、調查作物生長狀態與病蟲害防治操作的方法,是解決衛星遙感和航空遙測光譜解析度和時間解析度的問題之極有助益調和方式,特別在高光譜及其他感測器監測作物的生物/非生物逆境光譜分析與演算技術供田區農業管理的應用。無人飛機配上GPS,照相機,以及各種感應器,定期空拍農地上作物的生長狀態,收集顏色、紅外線、天候等資訊,分析判斷植物健康與否、需水程度、病蟲害感染,然後適當調整灌溉給水、施肥殺蟲等等措施。

105年7月尼伯特風災重創台東縣,農委會責成農試所運用飛機及無人飛行載具(UAV) 拍攝航片協助該縣釋迦災損勘災。農試所由已建立之釋迦分佈圖,結合航空照片判釋及坵塊圖繪製,分別於東河、台東、卑南、太麻里等鄉鎮以5公分解析度拍照,亦利用SKYLINE圖台與智慧手機的現地拍攝影像串接,將現場災損情形拍照、定位及上傳後,災損判釋人員即時(2分鐘後)掌握災損情形與航片的情形關聯,並配合與現場人員聯繫,迅速建立災損的影像判釋模型,透過遙測技術結合現調建立釋迦坵塊判釋與地籍圖資的聯結,很快就可列出災損比率的地籍資料清單。多層次遙測與地理空間技術在充分的圖資環境與設備建置下,可節省鄉鎮公所的進行災害救助的現勘人力,並可節省時間至少在3個星期以上,且透過航空照片與現地災損影像的記錄,對於取信農民、提高行政效率與可靠度都有正面效益。

無人機來收集作物入侵和發展的病蟲害資訊,發展可否在目視觀察到症狀之前已經鑑定出作物樣品的光譜資訊,並通過以下方式鑑定作物的病情特徵波段,將成為精準農業作物病蟲害防治行動的有效預警資訊。106年農試所使用配備400至1000 nm高光譜攝像頭的無人機收集106年第二季稻的細菌性葉枯病,並使用計算方法分析光譜資訊的數據聚類和量化及108年一期作以無人機與衛星影像聯合繪製葉稻熱病的分布位置,將病害發生的空間位置標誌出來,拉近實現小農精準農耕的理想的距離。將陸續結合昆蟲和孢子捕集器的無人機捕獲空氣中的病原體孢子,再結合不同的病蟲害預警模型構建算法,將使病蟲害的預測準確性更加準確;結合多種技術,建立病蟲害預警系統,例如:物聯網和預測模型,以提高農業疾病預測的覆蓋面和準確性,將在病蟲害預測上取得新的進展。

圖2.後壁稻熱病發病田區   圖2.後壁稻熱病發病田區
圖3.後壁稻熱病發病田區分布圖圖3.後壁稻熱病發病田區分布圖

109年農試所以無人飛行載具 UAV 搭載傾斜相機進行空中攝影測量,在頭社盆地之農業區高程約 650公尺,四面環山的集水區最高為1008公尺,均以飛行高度 120公尺進行分批拍攝作業,最後製成平地區域高程解析度10公分以內之高精度3 D立體建模與數值地形模型,後製搭配軟體計算淹水量以模擬淹水範圍,預期這些技術可解決農村景觀規劃及農田排水規劃圖資繪製的成本及耗費時間等障礙。

圖4.霧峰農村社區3D圖像圖4.霧峰農村社區3D圖像

配合農業4.0的發展,未來無人飛機也可以由中央電腦系統自動安排航班,分析農作物生產狀況,再由機器人填充農藥肥料,自動執行飛行至特定區域噴灑,讓農業生產變得更有效率、更環保。利用無人飛機技術,可以大幅提高農業生產效率,減少對生態的衝擊。無人飛機幫助農民以更即時、更低成本與更少的勞動方式,進行農業生產,對政府單位而言,採用無人飛機,可對當地的農業做最完整的監控與認證,最後達到改善農民生計、對環境更友善,與提供消費者少農藥及少化肥農產品的多贏局面。

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