无人机目前在各行业已逐步取得了广泛应用，在智慧农业领域也是如此。无人机通过获得农田的高清可见光或多光谱影像，再通过建图建模、大数据分析、AI 识别等处理，可以实现农田数字化(如获得高清地图、高程信息、作物分布等)和精准种植管理(如智能监测、精准变量作业等)等应用。无人机在智慧农业中的应用可大大提升农业生产效率，并解决了传统人工作业中的一系列问题。
什么是智慧农业
智慧农业是以信息和知识为核心要素，通过现代信息技术和智能装备等与农业深度跨界融合，实现农业生产全过程的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务的全新农业生产方式。(*赵春江院士《数字技术如何让农民‘慧’种田？》)。
从上述定义可以看出，智慧农业是一种现代农业生产方式，目前已经成为各国现代农业科技竞争的制高点和未来农业发展的新业态，也是推动我国农业高质量发展、促进乡村全面振兴的重要内容。智慧农业包含了数字农业、精准农业等重要方面。
海外国家智慧农业发展现状
在发达国家，智慧农业已取得较大发展，以智慧农业中的精准变量技术分支为例，2020 年全球精准变量技术市场规模 14.1 亿美元，全球 20% 的土地正在使用精准农业技术。各国依托自身信息技术和智能装备率先推进智慧农业发展，大致可以分为以美国为代表的技术型、规模化、机械化模式，以欧洲为代表的生产集约加机械技术的复合型模式，以日本为代表的资源节约和资本、技术密集型模式。而我国受限于耕地集中程度、设备和服务投入成本高、技术使用门槛高等问题，智慧农业在实际农业生产中发展较慢。
为什么要发展智慧农业？
1.粮食安全对于提高粮食产量的需要
联合国粮食及农业组织、世界粮食计划署等 5 个国际组织在去年曾发布报告预计，全球将面临至少 50 年来最严重的粮食危机。
中国社会科学院农村发展研究所发布的《中国农村发展报告 2020》同样显示，到“十四五”期末(约2025年)，中国或出现 1.3 亿吨左右的粮食缺口，其中谷物(三大主粮)缺口约为 2500 万吨。虽然目前中国粮食自给率高达97%，但面对不利的国际形势，中国也需要更加绷紧粮食安全的这根弦。
2.提高农产品竞争力对于降低生产成本的需要
另一方面，农业产业发展过程中仍面临着价格竞争力偏弱、品牌竞争力不强等问题，一定程度上阻碍了产业兴旺，迟滞了乡村振兴。据统计，在我国农产品的生产成本构成中，人工成本占比超过 40%，远高于发达国家 10% 左右的水平。同时，受农业机械化程度偏低影响，我国农业劳动生产率不高(新华网)。
3.土地可持续生产力对于减肥减药的需要
此外，历年来农药化肥的使用过量导致了土地可持续生产力下降和食品安全隐患等问题。我国耕地占全球总耕地面积 8%，而农药使用总量占全球 43%，化肥占全球 60%。通过精准农业技术和智能装备，可以在保证产量品质的同时，降低农药化肥施用，长期提高土地生产力。
无人机在智慧农业中的应用
经过近几年的技术储备和高速发展，我国的无人机技术得到了广泛应用。
1. 无人机可以大大提高农田的管理和作业效率，减少劳动力投入。
无人机全新的解决方案在巡田、监管和变量作业方面已见成效。2021 年 5 月，新疆石河子的新农人陈功旭带着大疆农业的智慧农业解决方案，在 5000 多亩棉花田开启了新试验。据对比分析，人工巡田效率低且看不全面，而用无人机， 1 小时能看 1000 亩地，不仅效率高，且能全面获得棉田的长势、株高等多个指标数据。
通过生成棉田的多光谱指数图，陈功旭在大疆智慧农业平台查看棉田总体生长情况和田间差异，进而根据长势差异，生成营养液或化控剂的变量喷洒处方图，并导入到植保无人机中作业。这种变量作业方式可以根据棉田中不同区域的长势，进行用量精准控制，从而促进棉花齐苗。以前传统方式，棉田要作业 6-7 次才可以做到齐苗，今年他通过新方式来管理棉田，基本上作业 3 次就可以做到齐苗，不仅减少了农药施用，还提高了作业效率。
棉田高清地图
棉田多光谱长势监测
2. 无人机应用有利于提高“水肥药”利用率，可实现节水省药。
2021 年 8 月，大疆植保无人机在先正达集团中国位于广西武鸣认证的沃柑示范园进行了应用，结果显示无人机的用药量比人工少 25%-30%，用水量节省超过 95% ，且能够有效防治潜叶蛾、蓟马、蚜虫、以及溃疡病。
大疆植保无人机作业能够节水省药，是因为其喷洒雾化粒径细，通过风场用较少的水量带动药液覆盖到果皮叶面。相比于人工打药需要从上到下浇透果树，造成药液浪费，无人机作业的药液利用率更高。
先正达沃柑示范园——人工用药及飞防用药量对比
3. 精准农业，变量应用
使用大疆精灵 4RTK 多光谱版规划测绘航线、拍照获取正射影像，然后通过大疆智图或智慧农业云平台进行任务重建以及进行 AI 识别作业对象后，生成变量作业航线，即可实现植保无人飞机变量任务作业。
大疆智慧农业云平台是一个基于地图的SAAS(软件即服务) 平台，为种植者提供农业无人机解决方案，并为精确农业应用提供帮助处理图像数据和管理无人机操作的服务。
在大疆智慧农业云平台中，可以使用平衡法或分级法实现自动变量作业。平衡法适用于全田作业、但需要根据长势均衡调整用量的场景；分级法适用于区域性补肥、打药的场景。
毛豆精准管理和变量作业提高产量
马铃薯精准管理和变量作业提高产量
此外，无人机还在治理新疆棉田碱斑、保障棉花齐苗、以及江苏、黑龙江农垦农场水稻精细管理、新西兰啤酒花园地、日本茶园等国内外场景有大量应用。
目前，我国面临的小农经济、农村老龄化、农村劳动力短缺、人工成本占比高等问题必然促使智慧农业快速发展。2021 年中央一号文件提出，发展智慧农业，建立农业农村大数据体系，推动新一代信息技术与农业生产经营深度融合。无人机、5G 等技术将全面深入应用于智慧农业蓝图中。
