【空拍記:農田中的觀察者】

【空拍記:農田中的觀察者】

2018/05/17
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【空拍應用筆記農田觀察者

-專訪長榮大學無人機應用學士學位學程林穎宏副教授

編修/吳柏澍

想像一位農夫正在手機上規劃無人機的飛行航線,完成後按下起飛鍵,無人機依照所規劃路線,自主地進行農田的照片拍攝,之後,使用電腦軟體將這些照片拼接成整片農田的高解析地圖,農夫便可由圖上了解作物的生長情況並進行紀錄建檔,進而調整如灌溉、施肥、噴灑農藥等策略。無人機是一項時常被運用在精準農業上的工具,除了使用無人機進行農藥噴灑可大幅提升效率外,將無人機與相關遙測技術整合,配合後端數據資料分析,勢必讓農夫更有效率地控管農田狀況。

 

問:空拍的構想是怎麼形成的呢?為什麼選擇空拍?

無人機空拍應用已從消費級領域漸漸轉向特定專業領域應用,對於農業上的應用而言,無人機從空中大範圍鳥瞰農田情形,除了使用即時影像與錄影方式觀察農田情形外,應用一系列的高級傳感器高解析度相機,多光譜儀、熱像儀等),進行大範圍農田資料的擷取,透過後續專業軟體的分析處理,幫助農民了解作物的生長情況,進而調整如灌溉、施肥、噴灑農藥等管理策略。農民可透過無人機得到的分析結果,預估作物的收成情況、進入農田觀察可能有問題的地區,得出結論後決定要採取的相應措施,進而提高農作物的收成量。

 

問:空拍機的機型?它是從哪裡來的? 怎麼設計和運作的呢?

四軸旋翼機因可垂直昇降,使用上較不受地形之限制,操控也比較靈活,時常使用於空拍,但滯空時間較短約20分鐘為其缺點。四軸旋翼機有4個直流無刷馬達,運行時兩個馬達逆時針旋轉,另兩個馬達順時針旋轉,因此當旋翼機平衡飛行時,陀螺效應和空氣動力扭矩效應均被抵消,旋翼機才不會自旋。旋翼機於空間中運動只有四個控制輸入: 油門、滾轉、俯仰、偏航,飛行控制器藉由調節不同馬達的轉速以實現姿態控制,進而達到昇力及運動方向的控制。長榮大學的空拍機使用大疆公司Phantom 4 Pro與Mavic pro 四軸空拍機,其搭配遙控器與相關軟體可進行遙控飛行與自主飛行,空拍機上也搭配高解析度相機,可進行拍照與錄影。 

圖/空拍機是大疆公司的Mavic pro

問:空拍機如何應用在場域教學?

利用空拍機於台南市將軍鄉的小麥田進行視距外遙控飛行,以目視即時影像與錄影方式,初步觀察小麥田情況,之後,再進行空拍機自主飛行以拍攝小麥田照片,使用PIX4D軟體拼接整體小麥田的高解析正射圖,提供給小麥田管理者評估小麥田成長狀況,找出可能發生問題的區域例如缺水、病蟲害、雜草特別多的區域

 圖/空拍機正在巡視小麥田,影像會先經由後製軟體拼接生成

問:有沒有什麼特別的成果? 

107130日,在台南市將軍鄉的小麥田拍攝之高解析正射圖,其GSD(groundsample distance)為1.5公分,提供給小麥田管理者,評估小麥田成長狀況。

 圖/台南市將軍鄉的小麥田拍攝之高解析正射圖,提供給小麥田管理者,評估小麥田成長狀況。

 

問:空拍機的困難與侷限是什麼?

主要是空拍機的飛行時間太短,對於大面積範圍的空拍要飛行很多次才可完成,而且空拍機的飛行操控需要一段時間的練習才能熟悉,尤其對於視距外飛行操控與緊急狀況的處理,操作者需克服心理的恐懼感。此外,大疆公司的空拍機無法整合其他的感測器如多光譜儀、熱像儀等,需另外選擇其他專業的機型。

問:空拍的應用或場域教學有沒有其他後續的規劃?

使用空拍影像可見光/多光譜的後續處理分析,以獲得更詳細的農作物生長資訊,例如含水量、病蟲害、生長困難等,並針對相應資訊對農田內已發生或即將發生)的問題作物進行維護處理。

 

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