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大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用研究

   日期:2021-07-20     來源:農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資訊    瀏覽:739    
核心提示:農(nóng)業(yè)無人機(jī)作為無人機(jī)應(yīng)用的重要類型,利用大數(shù)據(jù)技術(shù),其功能性、覆蓋范圍等顯著擴(kuò)大,為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了更有力的支持,提高了農(nóng)業(yè)種植效率,實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效管控。
       信息化時(shí)代下,大數(shù)據(jù)逐漸深入到我國各個(gè)領(lǐng)域,促使了各行各業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用大數(shù)據(jù),為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了戰(zhàn)略指導(dǎo),卻也受到多種因素制約。農(nóng)業(yè)無人機(jī)作為一種高新科技產(chǎn)物,為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了數(shù)據(jù)支持,是大數(shù)據(jù)的一種有效應(yīng)用。探討了大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用。

       農(nóng)業(yè)無人機(jī)作為無人機(jī)應(yīng)用的重要類型,利用大數(shù)據(jù)技術(shù),其功能性、覆蓋范圍等顯著擴(kuò)大,為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了更有力的支持,提高了農(nóng)業(yè)種植效率,實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效管控。但是,在實(shí)際應(yīng)用中,仍存在一定問題,如數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)與數(shù)據(jù)安全等難以保障,影響了大數(shù)據(jù)效用發(fā)揮,阻礙了農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)的完善。如何應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)來推動(dòng)農(nóng)業(yè)無人機(jī)發(fā)展,具有重要意義。

大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用研究

1 、農(nóng)業(yè)無人機(jī)簡(jiǎn)述

       本質(zhì)上,無人機(jī)和大數(shù)據(jù)間存在相似處,都以收集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)主要是指海量數(shù)據(jù)。無人機(jī)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門現(xiàn)代化技術(shù),是無人駕駛航空飛行器的簡(jiǎn)稱。依照構(gòu)成,無人機(jī)可分為固定翼、旋翼等形式,主要由飛行器、遙控站、通訊系統(tǒng)等構(gòu)成。無人機(jī)應(yīng)用范圍較廣,被用于很多領(lǐng)域,如農(nóng)業(yè)、測(cè)繪等[2]。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,常用的無人機(jī)為旋翼類型。通過無人機(jī)航拍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況,生成并存儲(chǔ)數(shù)據(jù),供人們分析,并為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供幫助。將無人機(jī)和大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合,不僅能提升大數(shù)據(jù)的使用范圍,還進(jìn)一步提升了無人機(jī)使用性能和效率。

2 、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)

       在農(nóng)業(yè)發(fā)展中,大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要包含以下幾種。

       第一,大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)具有多樣性、泛在性、規(guī)模化與高速率特點(diǎn),僅依靠傳統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、集成技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)和處理技術(shù),并不能滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需求,因此,大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的應(yīng)用成為關(guān)鍵。例如,在農(nóng)業(yè)無人機(jī)應(yīng)用中,傳統(tǒng)信息收集方式無法快速、全面獲取知識(shí),且所獲信息難以被有效利用。

       第二,大數(shù)據(jù)集成技術(shù)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化3類數(shù)據(jù),為了對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)展開后續(xù)存儲(chǔ)和分析,常常將復(fù)雜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐滋幚淼膯我粩?shù)據(jù),導(dǎo)致所轉(zhuǎn)化的部分?jǐn)?shù)據(jù)不正確,甚至無價(jià)值,最終需要對(duì)信息進(jìn)行過濾,因此大數(shù)據(jù)集成技術(shù)不可或缺。

大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用研究

       第三,云計(jì)算。在大數(shù)據(jù)分析中,云計(jì)算作為核心,是大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用的平臺(tái)。為發(fā)揮云計(jì)算作用,應(yīng)保障云計(jì)算的靈活性,為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源應(yīng)用提供支持,強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)的可用性、容錯(cuò)性等,以此為大數(shù)據(jù)分析提供支撐。

3 、大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用

       3.1 硬件設(shè)備

       在大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)的應(yīng)用研究中,參與研究的硬件設(shè)備主要包含3部分,即無人機(jī)平臺(tái)、地面站和無線傳輸設(shè)備。其中,無人機(jī)平臺(tái)選擇了專業(yè)性智能無人機(jī),該無人機(jī)飛行最長(zhǎng)時(shí)間為30 min,能夠紅外避障,采用GPS、GLONASS雙模式定位。無線傳輸設(shè)備的傳輸速度為Class10,通訊距離最長(zhǎng)為7 km。

       農(nóng)業(yè)無人機(jī)上裝設(shè)了數(shù)據(jù)采集裝置,由多種傳感器構(gòu)成,如角速度傳感器、加速度傳感器、氣壓高度傳感器及風(fēng)速與風(fēng)向傳感器等。飛行控制裝置安裝在無人機(jī)機(jī)翼上,由方向舵、升降舵與副翼舵構(gòu)成,在舵面偏轉(zhuǎn)時(shí),無人機(jī)飛行方向、飛行姿態(tài)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)變,以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。在無人機(jī)上裝置了圖像采集設(shè)備,可搭載2 000萬像素的影像傳感器,并安裝信息轉(zhuǎn)換裝置,將圖片影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸。地面站主要用來接收無人機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。人們?cè)诘孛嬲緦?duì)PB級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取寫入,利用計(jì)算機(jī)建模并運(yùn)算,同時(shí),安裝信號(hào)還原裝置,將數(shù)字信號(hào)還原為圖形。地面站在對(duì)大數(shù)據(jù)分析時(shí),硬件選擇了PC服務(wù)器,配置兩路8核的CPU,以千兆網(wǎng)卡滿足對(duì)存儲(chǔ)空間、運(yùn)算速率與結(jié)果展示等的需求。

       3.2 、具體處理工作流程

       在大數(shù)據(jù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)無人機(jī)上后,通過無人機(jī)收集海量數(shù)據(jù),還擁有眾多價(jià)值數(shù)據(jù),充分展現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上,搭載較多傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息采集設(shè)施、攝像機(jī)、交換機(jī)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)采集器等,提高了數(shù)據(jù)收集的全面性,增強(qiáng)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和科學(xué)性,為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了充分的數(shù)據(jù)支持。大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用,會(huì)受到無人機(jī)性能影響,當(dāng)無人機(jī)系統(tǒng)無法采集數(shù)據(jù)并分析時(shí),應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)通過無線通訊傳輸至地面站。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息使用中,大數(shù)據(jù)傳輸頻率、效率顯著提升。通信鏈路下,數(shù)值型調(diào)制寬帶的應(yīng)用,便利了數(shù)據(jù)信息向地面站的傳輸。地面站接收無人機(jī)傳輸?shù)男畔⒑螅梢勒找?guī)范對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行規(guī)整,根據(jù)具體需求,重放數(shù)據(jù)信息,為數(shù)據(jù)分析提供支持。在處理農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)時(shí),可進(jìn)行精細(xì)化劃分,實(shí)現(xiàn)多種目的。在處理農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)時(shí),工作人員可依照半結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)等類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊處理,提高數(shù)據(jù)處理速度,提升農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性與合理性。在記錄農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)集中處理數(shù)據(jù),結(jié)合知識(shí)庫輔助決策,合理挖掘數(shù)據(jù),全面發(fā)揮大數(shù)據(jù)的效果,進(jìn)一步增強(qiáng)農(nóng)業(yè)無人機(jī)的作用。

大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用研究

       3.3 、軟件與算法

       在大數(shù)據(jù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)無人機(jī)上時(shí),大數(shù)據(jù)分析采用Hadoop技術(shù)。在Hadoop結(jié)構(gòu)框架中,包含了通用模塊與分布式的文件系統(tǒng)等,集群文件被儲(chǔ)存在分布式文件系統(tǒng),在特定節(jié)點(diǎn)構(gòu)建分布式的文件架構(gòu)。Hadoop技術(shù)下,通過運(yùn)用間接并行計(jì)算模型,容錯(cuò)性與擴(kuò)展性較強(qiáng),適合大規(guī)模數(shù)據(jù)分析與處理。

       在農(nóng)業(yè)無人機(jī)航線規(guī)劃中,利用大數(shù)據(jù)選擇區(qū)域路徑算法非常重要。大數(shù)據(jù)應(yīng)用雖然便利了無人機(jī)檢測(cè),但是區(qū)域劃分不科學(xué),在無人機(jī)系統(tǒng)聚合數(shù)據(jù)過程中,存在區(qū)域重疊,會(huì)增加大數(shù)據(jù)計(jì)算難度。對(duì)此,應(yīng)利用二維跟隨算法規(guī)劃航線,可以避免區(qū)域重疊,增加大數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)。在航線規(guī)劃中,應(yīng)遵照理論基礎(chǔ):路徑不合理主要源自于對(duì)作業(yè)區(qū)域方格重復(fù)監(jiān)測(cè)。為降低該現(xiàn)象,應(yīng)建設(shè)二維坐標(biāo),計(jì)算飛行方向角速度,得到無人機(jī)投影航線。以優(yōu)先原則,選擇同一行方格作為下個(gè)規(guī)劃方格依次飛行,收集方塊內(nèi)的相應(yīng)數(shù)據(jù)并分析,直至將全部方格涵蓋。同時(shí),加強(qiáng)異常檢測(cè),避免無人機(jī)脫離航線。利用大數(shù)據(jù)技術(shù),全面覆蓋所需測(cè)量區(qū)域,同時(shí)避免重復(fù)測(cè)量,發(fā)揮無人機(jī)的最大作用。
大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用研究

4 、結(jié)束語

       在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用農(nóng)業(yè)無人機(jī),能夠得到大量生產(chǎn)數(shù)據(jù),但是利用普通的機(jī)械設(shè)備并不能合理分析龐大的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)利用率不佳,無人機(jī)的作用難以全面發(fā)揮。實(shí)踐表明,大數(shù)據(jù)支持下的農(nóng)業(yè)無人機(jī),能夠采集農(nóng)作物生長(zhǎng)全過程的信息,實(shí)現(xiàn)航線規(guī)劃、飛行合理控制、圖像有效處理等目的。因此,應(yīng)依照農(nóng)業(yè)無人機(jī)特點(diǎn)和需求,積極引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù),通過硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)支持,設(shè)置具體流程,全面提升農(nóng)業(yè)無人機(jī)應(yīng)用效果,推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展。 
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