植保無(wú)人機(jī)在林業(yè)病蟲(chóng)害防治上的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)

吳興興 蘇越 趙天福 何志能 趙曉川

摘要：噴灑農(nóng)藥是林業(yè)病蟲(chóng)害防治中的通行措施之一，以往人工作業(yè)效率及防治效果容易受交通和地形地貌等影響。植保無(wú)人機(jī)具有工作效率高、省時(shí)省力、節(jié)約成本、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)周年全程自動(dòng)化作業(yè)，在林業(yè)病蟲(chóng)害防治中具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和前景，說(shuō)明將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于森林病蟲(chóng)害防治中的原因，分析了無(wú)人機(jī)在森林病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：植保無(wú)人機(jī)；林業(yè)；病蟲(chóng)害；防治

無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）是指不載有操作人員或飛行員的飛行器[PAJARES]，通常由飛行器平臺(tái)、傳感器負(fù)載、地面控制臺(tái)等部分組成[1]，是由無(wú)線電遙控設(shè)備和自備程序控制裝置操縱的小型飛行器。已經(jīng)從最初的軍事領(lǐng)域逐步拓展到農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)、森林防火、林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)與防治等領(lǐng)域[2～4]。無(wú)人機(jī)操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，加裝農(nóng)藥噴灑模塊后就是通常所說(shuō)的“植保無(wú)人機(jī)”，可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)林病蟲(chóng)害防治作業(yè)。

我國(guó)森林面積遼闊，病蟲(chóng)害的種類繁多，發(fā)生率非常高，是世界上病蟲(chóng)害危害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。我國(guó)現(xiàn)有森林病蟲(chóng)害約8000種，造成嚴(yán)重危害的有200多種，森林病蟲(chóng)害分布遍布全國(guó)，近年每年發(fā)生的森林病蟲(chóng)害面積大約在870萬(wàn)hm2以上，經(jīng)濟(jì)損失880億元。尤其是1990年代以來(lái)，我國(guó)森林病蟲(chóng)害發(fā)生遠(yuǎn)高于世界平均水平，給林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)帶來(lái)了重大影響[5～7]。植保無(wú)人機(jī)等高科技設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，提高了我國(guó)林業(yè)病蟲(chóng)害防治的科技化水平。

1.植保無(wú)人機(jī)在林業(yè)病蟲(chóng)害防治上的應(yīng)用

1.1林業(yè)病蟲(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)的林業(yè)病蟲(chóng)害人工監(jiān)測(cè)可以準(zhǔn)確評(píng)估病蟲(chóng)害發(fā)生種類、程度和空間位置等信息，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率不高。利用植保無(wú)人機(jī)開(kāi)展病蟲(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)，具有獲取信息快、作用面積廣、重復(fù)周期短和成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)人工調(diào)查的不足，能夠快速和準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)大面積林業(yè)病蟲(chóng)害，經(jīng)濟(jì)效益高且時(shí)效性更強(qiáng)。

利用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)獲取的航拍高精度紅外圖像等數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行識(shí)別、判讀和分析就可以監(jiān)測(cè)和評(píng)估病蟲(chóng)害發(fā)生的情況[8]，具有高度的連續(xù)性、理想的空間精度及后續(xù)分析的便利性等突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為林業(yè)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)的重要手段。目前，基于無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與專家判讀相結(jié)合的病蟲(chóng)害決策機(jī)制正在發(fā)揮重要作用，大大縮短了監(jiān)測(cè)時(shí)間，而且準(zhǔn)確率高。

1.2林業(yè)病蟲(chóng)害精準(zhǔn)施藥

以往林業(yè)有害生物的化學(xué)防治過(guò)程中，有人駕駛農(nóng)用飛機(jī)更適用于連片大面積林區(qū)作業(yè)，但受起降場(chǎng)地、使用地點(diǎn)、時(shí)間等限制，并且作業(yè)高度高，農(nóng)藥施用量過(guò)大，噴灑霧滴可控性差，易飄移靶標(biāo)區(qū)，對(duì)空氣、水體及土壤造成滲透，污染風(fēng)險(xiǎn)較高[9]。自20世紀(jì)90年代日本首先將無(wú)人機(jī)用于大田作物、果樹(shù)的生長(zhǎng)狀況觀察和病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)防治等領(lǐng)域以來(lái)，植保無(wú)人機(jī)大幅度提升了病蟲(chóng)害防治機(jī)械化水平。未來(lái)我國(guó)利用植保無(wú)人機(jī)開(kāi)展林業(yè)病蟲(chóng)害防治將成為必然方向，將進(jìn)一步提升林業(yè)病蟲(chóng)害防治體系的科技水平。

2. 無(wú)人機(jī)在林業(yè)病蟲(chóng)害防治上的優(yōu)勢(shì)

2.1適應(yīng)性強(qiáng)

機(jī)械、機(jī)具的適應(yīng)性對(duì)防治效率有很大的影響。常見(jiàn)的高揚(yáng)程車載噴霧機(jī)及電動(dòng)、手動(dòng)施藥機(jī)等面對(duì)高大林木以及復(fù)雜地形具有明顯的局限性。植保無(wú)人機(jī)機(jī)體相對(duì)較小，不需要固定機(jī)場(chǎng)、機(jī)庫(kù)及后勤保障設(shè)施等，不受地形和樹(shù)冠高度限制，不需要特定的起降平臺(tái)便可在復(fù)雜地形地貌上空作業(yè)，同時(shí)具有優(yōu)異的飛行性能，轉(zhuǎn)彎半徑小、爬升率大，可十分靈活的在空中垂直上下飛行、懸停和掉頭，超低空作業(yè)性能好。

2.2作業(yè)效率高

植保無(wú)人機(jī)的空飛率低，可在作業(yè)區(qū)的空地上就地加油、加藥，減少了無(wú)效作用時(shí)間。植保無(wú)人機(jī)作業(yè)寬度可達(dá)4～6米，每小時(shí)作業(yè)可達(dá)40～60畝，可以全天作業(yè)，作業(yè)效率比常規(guī)機(jī)具高。植保無(wú)人機(jī)搭載全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）后可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化作業(yè)。

2.3節(jié)省人力安全性高

以往林業(yè)病蟲(chóng)害防治主要依賴人工作業(yè)，農(nóng)藥施用過(guò)程中體力勞動(dòng)強(qiáng)度大，消耗大量的人力，而且還存在效率低下的問(wèn)題。植保無(wú)人機(jī)在很大程度上節(jié)省了人力成本的投入。

2.4防治效果更穩(wěn)定

植保無(wú)人機(jī)施藥采用微粒噴灑方式，作業(yè)高度低，能與冠層保持1～2m的固定高度，藥液霧滴被旋翼下方氣流加速形成氣霧流，噴灑均勻、覆蓋密度高，增加了藥液霧滴的附著性，減少了漂移損失。因此藥液沉積量和藥液覆蓋率都優(yōu)于常規(guī)機(jī)具作業(yè)，防治效果好，減少了農(nóng)藥的浪費(fèi)和對(duì)土壤的污染，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1.4有利于專業(yè)化建設(shè)

受全球氣候環(huán)境變化加劇影響，一些林業(yè)病蟲(chóng)害的發(fā)生呈現(xiàn)頻率增加、范圍擴(kuò)大、危害加劇等變化。在這種形勢(shì)下，植保無(wú)人機(jī)專業(yè)化服務(wù)組織正在成為林業(yè)病蟲(chóng)害防治現(xiàn)代化、科技化的必然產(chǎn)物，促進(jìn)了無(wú)人機(jī)、飛控人員、農(nóng)藥制劑、防治效果評(píng)價(jià)等多方面的聯(lián)合，以及植保無(wú)人機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、飛控操作流程標(biāo)準(zhǔn)和飛防保險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善，提高了防治作業(yè)的科技水平。

3.結(jié)語(yǔ)

植保無(wú)人機(jī)操作靈活、精確度高、飛行范圍廣、使用維護(hù)簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、作業(yè)人員少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全高效、節(jié)省開(kāi)支。近年林業(yè)病蟲(chóng)害防治中無(wú)人機(jī)的廣泛運(yùn)用和快速發(fā)展，提高了防治水平和專業(yè)化程度，有效減少了對(duì)林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的破壞，取得非常突出的效果，很大程度上降低了林業(yè)病蟲(chóng)害的防治成本，產(chǎn)生了很好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

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項(xiàng)目來(lái)源：云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目

（作者單位：云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）