近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系、農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)研究院、藥械與施藥技術(shù)研究中心、智慧農(nóng)業(yè)無(wú)人系統(tǒng)高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)何雄奎教授團(tuán)隊(duì)在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊《農(nóng)業(yè)中的人工智能》（Artificial Intelligence in Agriculture，中科院1區(qū)TOP）上發(fā)表了題為《基于無(wú)人機(jī)遙感的三維處方圖變量施藥》（PWM offline variable application based on UAV remote sensing 3D prescription map）的研究論文。該論文通過(guò)多光譜無(wú)人機(jī)采集果園三維多光譜影像，開發(fā)了一種精準(zhǔn)冠層分割與三維重建的離線施藥處方圖生成算法，為基于三維處方圖的精準(zhǔn)施藥作業(yè)提供任務(wù)精準(zhǔn)規(guī)劃。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一完成單位，理學(xué)院2021級(jí)博士研究生韓冷為論文第一作者，何雄奎教授為論文通訊作者。

果園精準(zhǔn)施藥技術(shù)通過(guò)精確匹配噴頭輸出與冠層參數(shù)，提升沉積均勻性與環(huán)境可持續(xù)性。本研究通過(guò)多光譜無(wú)人機(jī)構(gòu)建包含地理信息的三維果樹冠層處方圖為農(nóng)藥精準(zhǔn)施用提供參考（圖1），團(tuán)隊(duì)研制了基于離線三維處方圖的變量噴霧機(jī)并進(jìn)行了田間驗(yàn)證（圖2，圖3）。結(jié)果表明，這種方法降低了23.43%的農(nóng)藥消耗并提升了冠層中的沉積均勻性，均勻系數(shù)由常規(guī)施藥的0.31提升為0.35。同時(shí)，本研究測(cè)試了不同飛行高度對(duì)處方圖構(gòu)建精度的影響，無(wú)人機(jī)廠家提供的無(wú)控制點(diǎn)方法在較低的飛行高度下具有很高的海拔測(cè)量精度，飛行高度為30m時(shí)，地面區(qū)域的海拔測(cè)量RMSE為0.214m，MAE為0.211m，樹冠區(qū)域分別為0.591m和0.541m。由于海拔測(cè)量均為出現(xiàn)了低估，因此樹高的測(cè)量精度好于冠層區(qū)域海拔測(cè)量精度，樹高的RMSE為0.398m，MAE為0.268m（圖4）。在實(shí)施噴霧過(guò)程中測(cè)試了不同形狀ROS對(duì)沉積的影響。線性ROS相較于圓錐ROS更加精準(zhǔn)，具有更小的開啟和關(guān)閉延時(shí)。田間試驗(yàn)表明，該離線變量施藥方法實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥用量減少32.43%，同時(shí)提高了噴霧均勻性。新開發(fā)的工藝流程無(wú)需為每臺(tái)噴霧設(shè)備配備昂貴傳感器，具備田間應(yīng)用潛力。本研究提供的基于無(wú)人機(jī)的農(nóng)藥精準(zhǔn)施用流程具有很大的潛力，可以實(shí)現(xiàn)低成本的多機(jī)協(xié)同精準(zhǔn)作業(yè)，進(jìn)行高效，可持續(xù)的農(nóng)藥管理。未來(lái)針對(duì)噴霧延遲和生物學(xué)防效開展更多的研究。

圖1 三維處方圖構(gòu)建流程

圖2 離線PWM施藥機(jī)具

圖3 噴霧決策流程

圖4 不同飛行高度下的處方圖構(gòu)建精度

該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家梨產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-28）、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才培育發(fā)展支持計(jì)劃以及三亞引導(dǎo)基金項(xiàng)目（SYND-2021-06）等項(xiàng)目的資助。

何雄奎團(tuán)隊(duì)合影

近年來(lái)，理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系何雄奎教授團(tuán)隊(duì)面向我國(guó)推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略需求，以智慧農(nóng)業(yè)無(wú)人系統(tǒng)、農(nóng)藥精準(zhǔn)減量施用技術(shù)創(chuàng)新為核心，進(jìn)行農(nóng)業(yè)無(wú)人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建、高效植保機(jī)械與精準(zhǔn)減量施藥技術(shù)和果樹樹體管理全程機(jī)械化技術(shù)推廣應(yīng)用，積極服務(wù)三農(nóng)，團(tuán)隊(duì)先后主持20多項(xiàng)國(guó)家級(jí)研究項(xiàng)目，多項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先與國(guó)際先進(jìn)水平，獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，成功開發(fā)20多項(xiàng)新產(chǎn)品，獲國(guó)家專利30余項(xiàng)，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文160余篇，出版專著及教材9部，引領(lǐng)我國(guó)智能農(nóng)業(yè)裝備和植保機(jī)械產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化提供堅(jiān)實(shí)支撐。