無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望

鄭　紅

（沈陽(yáng)市水利規(guī)劃院遼寧沈陽(yáng)110015）

無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望

鄭紅

（沈陽(yáng)市水利規(guī)劃院遼寧沈陽(yáng)110015）

本文在介紹無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)特點(diǎn)及其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，分析了在中國(guó)發(fā)展無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的必要性，同時(shí)就該技術(shù)在中國(guó)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提出建議，這在一定程度上對(duì)提高農(nóng)業(yè)資源利用率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所造成的環(huán)境污染，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)；無(wú)人機(jī)；低空施藥；可持續(xù)發(fā)展

在科技不斷發(fā)展的大形勢(shì)下，發(fā)展綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展逐漸成為人們的追求，然而病蟲(chóng)害是嚴(yán)重制約其發(fā)展的重要因素之一［1］。農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害的防治是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的作業(yè)環(huán)節(jié)，然而當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，藥物噴灑的機(jī)械化程度偏低，使得農(nóng)藥用量越來(lái)越大，作業(yè)成本高，在無(wú)法保證作物產(chǎn)量和質(zhì)量同時(shí)，造成水分和農(nóng)藥的嚴(yán)重浪費(fèi)，降低了農(nóng)業(yè)資源的利用效率，還帶來(lái)了嚴(yán)重的水土環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)失衡等問(wèn)題，這與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展明顯不相匹配。因此，作為一種新型的、促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的農(nóng)業(yè)手段，無(wú)人機(jī)技術(shù)逐漸成為當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)是利用無(wú)人機(jī)為飛行器搭載農(nóng)藥噴霧設(shè)備，結(jié)合遙感系統(tǒng)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行低空低量施藥，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化作業(yè)，為現(xiàn)代化綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持［2］。

1　無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1國(guó)外無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的研究現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備程序控制裝置的不載人飛機(jī)，其研究已有近百年歷史。美國(guó)是目前農(nóng)用無(wú)人機(jī)航空作業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，其無(wú)人機(jī)施藥作業(yè)規(guī)范，施藥部件系列齊全，作業(yè)精準(zhǔn)、高效，對(duì)環(huán)境的污染低［3］。1912年，加拿大開(kāi)始將飛機(jī)作為大田作物、果園等噴灑農(nóng)藥輔助工具。俄羅斯地廣人稀，航空作業(yè)規(guī)模龐大，航空作業(yè)面積占其全部耕地面積的三分之一以上。日本經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，其農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)及其配套施藥技術(shù)發(fā)展逐漸趨于成熟［4］。韓國(guó)于2003年開(kāi)始引入無(wú)人及航空作業(yè)技術(shù)，且發(fā)展迅速，病蟲(chóng)害防治效果較好［5］。

1.2國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的研究現(xiàn)狀

我國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展雖起步較晚，但近年來(lái)其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用日趨廣泛。山西省農(nóng)機(jī)推廣總站利用無(wú)人機(jī)對(duì)晚期大田玉米進(jìn)行了噴灑作業(yè)試驗(yàn)研究，表明無(wú)人機(jī)作業(yè)效率較高，每1min達(dá)0.067hm2以上，其霧化及穿透效果也比較好［6］。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)管理總局和西北農(nóng)林科技大學(xué)用固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)，分別對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤水分和作物水進(jìn)行雙機(jī)航拍并獲取航拍照片，結(jié)果表明無(wú)人機(jī)單次飛行覆蓋范圍達(dá)萬(wàn)畝，拓寬了灌區(qū)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域和方向，取得了預(yù)期監(jiān)測(cè)成果。2011年遼寧環(huán)境與航空應(yīng)用工程中心，通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)對(duì)遼河流域現(xiàn)狀進(jìn)行航拍和遙感監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)其影像分辨率為0.1 m，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確［7］。梁志鑫等［8］針對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失的問(wèn)題，提出利用無(wú)人機(jī)遙感結(jié)合現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)的水土保持監(jiān)測(cè)新方法。高圓圓等［9］通過(guò)小型無(wú)人機(jī)低空噴藥對(duì)小麥吸漿蟲(chóng)的防治效果試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，小型無(wú)人機(jī)噴藥對(duì)于吸漿蟲(chóng)具有較為顯著的防治效果。薛新宇等［10］采用N-3型無(wú)人直升機(jī)對(duì)稻飛虱和稻縱卷葉螟進(jìn)行了飛機(jī)不同作業(yè)高度和不同噴灑濃度的田間藥效試驗(yàn)，結(jié)果表明飛機(jī)噴灑優(yōu)于傳統(tǒng)擔(dān)架式噴霧機(jī)噴灑防治效果。徐興等［11］通過(guò)PWM技術(shù)，在無(wú)人機(jī)機(jī)體上設(shè)計(jì)了一種機(jī)載農(nóng)藥變量噴灑系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比控制農(nóng)藥噴灑流量。

以上研究表明，我國(guó)農(nóng)用無(wú)人機(jī)的發(fā)展雖已取得一定成果，但在無(wú)人機(jī)噴灑技術(shù)及其使用規(guī)模上仍與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距。

2　無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的特點(diǎn)

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因受地形地貌及農(nóng)作物種類等因素的影響，農(nóng)田作業(yè)時(shí)很難引入大型機(jī)械進(jìn)行農(nóng)田灌溉與農(nóng)藥噴灑。無(wú)人機(jī)因其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，逐漸成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤其農(nóng)藥噴灑作業(yè)的新型工具。

2.1高效安全，勞動(dòng)強(qiáng)度小

無(wú)人機(jī)作業(yè)是由操控人員遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)，無(wú)需專業(yè)的飛行員，因此可以大大降低作業(yè)成本；同時(shí)這種遠(yuǎn)距離作業(yè)模式也避免了噴灑作業(yè)人員和農(nóng)藥的長(zhǎng)期接觸，有效減少了農(nóng)藥對(duì)其身體的化學(xué)傷害，更大程度上保證了作業(yè)人員的安全。

無(wú)人機(jī)飛行速度快，每架無(wú)人機(jī)每天的噴灑面積約300畝～500畝，與傳統(tǒng)作業(yè)方式相比，其作業(yè)效率最高可達(dá)100倍以上，無(wú)人機(jī)重量輕，便于攜帶，操作人員在田埂上操作，無(wú)需下田，勞動(dòng)投入少，勞動(dòng)強(qiáng)度小，也不會(huì)損壞農(nóng)作物［12］。

2.2作業(yè)范圍廣，環(huán)保性能好

無(wú)人機(jī)因其機(jī)動(dòng)性好，且可靈活調(diào)整飛行速度、噴灑高度等優(yōu)勢(shì)，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空施藥作業(yè)時(shí)不受作業(yè)對(duì)象和地形地貌條件的影響，尤其在丘陵山區(qū)、連片梯田等特殊地區(qū)，展現(xiàn)出傳統(tǒng)作業(yè)模式無(wú)法達(dá)到的作業(yè)效果，因此無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中有著不可替代的作用。

無(wú)人機(jī)低空施藥時(shí)，藥液被很好地霧化，均勻附著在農(nóng)作物莖葉表面，且與遙感技術(shù)相結(jié)合作業(yè)，還可有效減少重噴和漏噴，提高了農(nóng)藥的噴灑均勻度，減少農(nóng)藥和水資源的浪費(fèi)，保證噴灑農(nóng)藥的適量性，不僅提高了農(nóng)藥的噴灑效率，還大大減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境造成的污染，具有很好的環(huán)保特性［13］。

2.3覆蓋密度高，防治效果好

農(nóng)用無(wú)人機(jī)大多為螺旋機(jī)翼，噴灑農(nóng)藥時(shí)，受其工作原理及低空作業(yè)的影響，其槳葉旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)農(nóng)作物搖晃，使得農(nóng)藥能夠均勻的噴灑到莖葉背面，達(dá)到殺滅病蟲(chóng)害的效果。由此可見(jiàn)，利用無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥不僅可以提高單位面積上噴霧藥液的覆蓋密度和噴灑均勻性，還在一定程度上減少了農(nóng)藥的飄失程度，這是目前使用人工和其他噴灑設(shè)備所無(wú)法做到的。因此與傳統(tǒng)農(nóng)藥噴灑方式相比，利用無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥具有十分明顯的農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治效果。2.4節(jié)水節(jié)藥，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本

受地形地貌及農(nóng)作物種類影響，農(nóng)業(yè)作業(yè)的難易程度不盡相同，這將直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。利用無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥時(shí)，可以遙控改變其飛行高度，以適應(yīng)不同作物高度和地形地貌的變化，在噴灑充足的前提下，噴灑成本可控制在每畝20元以下，這大大減少了農(nóng)作物的變地隙成本。此外，無(wú)人機(jī)折舊率低，油耗量小，易于維修，且需要的作業(yè)人工成本較低，對(duì)于降低整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本有著顯著影響［14］。

國(guó)內(nèi)外大量研究表明，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑，可以實(shí)現(xiàn)低量噴霧，節(jié)省90%的水量和50%的農(nóng)藥，大大提高農(nóng)藥的利用效率。因此，無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)于緩解水資源緊缺，降低資源浪費(fèi)影響顯著。

3　我國(guó)無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1進(jìn)一步提高施藥技術(shù)的精準(zhǔn)性

隨著農(nóng)業(yè)信息化程度的不斷加大，遙感技術(shù)已逐漸成為精準(zhǔn)話農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的重要手段，在農(nóng)情監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著巨大作用，而作為獲取遙感數(shù)據(jù)的新型手段，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛。利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)分析農(nóng)田土壤及作物狀況，對(duì)預(yù)估農(nóng)田病蟲(chóng)害程度，并及時(shí)指定和采取合理的施藥方案，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的農(nóng)藥噴灑效果是發(fā)展現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要手段。

3.2優(yōu)化無(wú)人機(jī)性能，簡(jiǎn)化操控技術(shù)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)在我國(guó)受到越來(lái)越多的務(wù)農(nóng)人員的青睞，但是專業(yè)的無(wú)人機(jī)操控技術(shù)成為抑制無(wú)人機(jī)推廣應(yīng)用的主要因素之一。中國(guó)農(nóng)科院專家袁會(huì)珠指出，要利用好無(wú)人機(jī)這一新興技術(shù)，除了要優(yōu)化無(wú)人機(jī)性能外，還要進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)革新，簡(jiǎn)化無(wú)人機(jī)專業(yè)操控技術(shù)，以便于適應(yīng)于大眾農(nóng)民。

3.3規(guī)范無(wú)人機(jī)市場(chǎng)，增強(qiáng)售后維修服務(wù)

目前，無(wú)人機(jī)的發(fā)展?jié)u趨成熟，但其在我國(guó)大范圍的推廣應(yīng)用現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，主要原因之一即是其高昂的價(jià)格。據(jù)了解，市場(chǎng)上一臺(tái)植保無(wú)人機(jī)價(jià)格大多在20至60萬(wàn)元，使得廣大農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者望而卻步。雖然部分無(wú)人機(jī)型價(jià)格降到了15萬(wàn)以下，但是由于缺乏健全的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)體系，以及充足的技術(shù)培訓(xùn)及維修等服務(wù)，無(wú)人機(jī)普及推廣受到很大程度的阻礙。因此降低無(wú)人機(jī)生產(chǎn)成本，完善無(wú)人機(jī)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)對(duì)于進(jìn)一步擴(kuò)大無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。

4　結(jié)語(yǔ)

農(nóng)用無(wú)人機(jī)的發(fā)展適應(yīng)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求，無(wú)人機(jī)低空施藥作為一種新型的有效防治病蟲(chóng)害的手段，即是解決農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足的需要，也是發(fā)展專業(yè)化防治的需要。雖然我國(guó)的無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)還處于起步階段，但是隨著資金和科技力量的投入，以及無(wú)人機(jī)技術(shù)性能的不斷優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的不斷完善和系統(tǒng)化，無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用指日可待，同時(shí)我國(guó)病蟲(chóng)害的防治效率也會(huì)大幅提高。不僅如此，應(yīng)用無(wú)人機(jī)低空施藥技術(shù)對(duì)提高中國(guó)農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治機(jī)械化水平和農(nóng)業(yè)資源的利用率，緩解農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，促進(jìn)現(xiàn)代化綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。陜西水利

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（責(zé)任編輯：暢妮）

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