工业4.0下农业无人机的应用

飞机在农业上的应用已经非常普遍，早期的媒体报导已可看到美国、澳洲拥有大片农地的农民，驾驶着小型飞机，自在地飞越不同区域，进行农药、肥料的喷洒，在日本，政府单位也会派遣小飞机，针对由许多小型农户耕作的大片农田进行特定农药的喷洒，以防治病虫害。

 工业4.0的概念应用在农业上，简称“农业4.0”，无人飞机在整个农业4.0的推动上扮演至关重要的角色。

上述喷洒方式存在着许多问题，除了每次飞行的成本相当高，即使对美国的超级大农或政府单位也是不小的负担，对小型农户根本是天方夜谭。如果想要对农药、肥料，或水资源的利用进行优化，就必须在第一趟飞行时，先驾驶小型飞机观测农田的状况，收集数据后进行分析，再由第二趟飞行来喷洒。可想而知，这样的做法并不符合成本效益，而无人飞机技术的革新，为上述困境提供了绝佳的解决方案。

从小型农户到超级大农，都可自行选择不同大小的无人飞机来监测农田，以达到优化的农药与化肥使用。虽然农业用无人飞机还在非常初期的开发与导入阶段，但基本上都已搭载摄影机以及用于分析农田状况的传感器，并具备自动驾驶系统，农民只要设定好农田的区域与飞行停留时间，无人飞机就可自动起飞、巡航与降落。农民可透过摄影机镜头实时观察农田的状况，或是等待飞行完成、收集数据后再进行分析。依据分析的结果，农民可以最优化的方式，针对不同农田区块作物生长和病虫害的状况，进行相关农药及肥料喷洒量的设定。在下一趟飞行时，无人飞机就可以按照设定值，自动对不同农田区块做优化的喷洒，甚至可以避开不需喷洒的区块。

在农业4.0的概念之下，因为无人飞机的飞行成本低，可频繁地飞行，一方面农民可在短时间内持续监控农田的状况，分区块进行最优化的农药与化肥施用，对水资源也能做最有效的管理，使农民大幅减少农业生产成本，进而提升其相对收入，改善生活质量。另一方面，因为农药、化肥与水资源得以有效率地使用，对环境的破坏大幅减少，水资源得到涵养，使农业生产和环境保护达到平衡。

用于农业的无人飞机，技术上的发展主要着眼于容易操作，可在小范围内起降，也可对极小范围进行照相、摄影、拍摄热成像画面，并提供自动驾驶、巡航，或遥控操作等功能。

位于瑞士洛桑的Sensefly公司，是世界知名的小型无人机开发公司，已被法国遥控飞机大厂Parrot并购，用来拓展其农业与救灾用无人飞机的领域。采用四轴螺旋翼的最新eXom，在每一轴螺旋翼的中心点上都装有传感器来侦测环境状况，以导引飞行、避开障碍物，同时在每一轴螺旋翼都加装了保护圈，增加安全与可靠性。机身以黄蜂为造型，黄蜂的头为一个三维显像镜头，提供最广的视角和拍摄画面。

毫无疑问的，eXom当然具备了先进的驾控系统，农民可选择自动起降、巡航，或想享受自己遥控飞行的乐趣，目前Parrot正将这套系统积极推广给法国的小型农户使用，透过他们的响应，来进一步改良系统。

除了农业大国法国正积极将无人飞机应用于农业上，另一农业大国德国，也正积极开发其农业无人飞机技术。位于德国巴伐利亚慕尼黑的Quantum Systems公司，已经在教导农民使用其开发的多轴螺旋翼无人飞机，来监控农田的状况，制定最符合成本，对环境伤害最少的农药及肥料施用方式。

相较于Sensefly四轴螺旋翼的设计，Quantum Systems的无人飞机采用章鱼式的八轴螺旋翼设计，不仅有更高的飞行稳定性和可靠性，还可乘载5公斤的物品，并安装高解析的光学摄影机，可空拍农田的多频谱影像，热成像，更有效观察肥料及农药的施用状况，以达到优化的使用配比。

Quantum Systems的开发人员在与德国巴伐利亚的农民沟通讨论后，发现有许多中大型的农户，感受这种以螺旋翼为基础设计的无人驾驶机有飞行范围小以及飞行速度慢的缺点，无法在短时间内进行大范围的巡航，也没有办法承载农药与肥料直接进行喷洒，有必要导入双机翼的无人飞行机来克服以上困境。然而，另外的问题又产生了，双机翼的飞机在起降时，需要有一定长度和规格的跑道来进行，这对农民而言，大幅增加额外的成本，可行性也大大降低。在深入思考问题后，Quantum Systems的开发人员进行了有效的技术创新，成功完成了全世界首架由螺旋翼进行起降，双机翼进行大范围飞行的小型农业用无人驾驶机。

这台螺旋翼起降双机翼无人飞机同样搭配先进的自动起降与巡航系统，目前正有德国巴伐利亚的大型农户在试用，估计每年可为该农户在不减少产量的状况下，降低两成的农药和肥料使用量，并减少许多喷洒农药和施肥的工作与时间，可更轻松地完成农业生产。

无人飞机帮助农民以更实时、更低成本与更少的劳动方式，进行农业生产，对政府单位而言，采用无人飞机，可对当地的农业做最完整的监控与认证，最后达到改善农民生计、对环境更友善，与提供消费者少农药化肥农产品的多赢局面。配合未来工业与农业4.0的发展，无人飞机也导入物联网，甚至可以由中央计算机系统自动安排航班，分析农作物生产状况，再由机器人填充农药肥料，自动执行飞行至特定区域喷洒。即使农民在夏威夷度假两周，也能实时监控农田的状况，时时对整个自动化的农业生产链下达更新的指令，让农业生产变得更有效率、更环保。