植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

陳杰文

（廣東工商職業(yè)學(xué)院，廣東 肇慶 526040）

一、植保無人機符合當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢

植物保護涉及我國糧食安全、食品安全、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)、農(nóng)民豐收，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。我國能以不到世界10%的耕地，解決了世界22%人口的糧食問題，機械化防治發(fā)揮了極其重要的作用，為國家糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展做出巨大貢獻?，F(xiàn)如今，高效機械化防治技術(shù)得到了較快發(fā)展，但是，對于占全國糧食種植面積60%以上的水田、玉米等高稈作物，由于其特殊種植模式和作物特性，使得地面機具無法下田。長期以來，水田和高稈作物的病蟲害防治只能依賴手動噴霧器和背負(fù)式噴霧機進行，在全球氣候變暖的今天，突發(fā)性大面積病蟲害頻繁爆發(fā)，現(xiàn)有植保機具早已無法滿足防治需求，每年給國家造成巨大的糧食損失。裝備落后、作業(yè)效率低，致使農(nóng)藥噴灑成為我國糧生產(chǎn)過程中勞動強度最高、作業(yè)次數(shù)最多，勞動力消耗量最大的環(huán)節(jié)，隨著我國城鎮(zhèn)化步伐加快，大量的農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移到城市，同時伴隨人口老齡化問題，農(nóng)業(yè)勞動力的日益短缺、勞動力成本不斷攀升，農(nóng)作物病蟲害防治已成為目前制約我國主要糧食生產(chǎn)的主要瓶頸。

《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃》中明確的“一控二減三基本”方針，即嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥施用量，地膜、秸稈、畜禽糞便基本資源化利用。力爭到2020年，實現(xiàn)農(nóng)作物化肥、農(nóng)藥使用量零增長。

在“一控二減”方面，無人機將發(fā)揮巨大作用。采用無人機作業(yè)，可直接節(jié)約用水量90%，減少農(nóng)藥30%-50%。用無人機進行噴霧施藥，作業(yè)效益高，例如高科新農(nóng)的植保無人機每小時作業(yè)可達百畝，大大節(jié)約了施藥用工成本，并且可在短時間內(nèi)實施群防群控，特別是在連片規(guī)模農(nóng)場運用過程中，可以及時高效防治病蟲害。同時，使用無人機噴灑作業(yè)時，當(dāng)藥液霧滴從噴灑器噴出時被旋翼的向下氣流加速形成氣霧流，直接增加了藥液霧滴對農(nóng)作物的穿透性，減少了農(nóng)藥飄失程度，并且提高靶標(biāo)作物上藥液沉積和覆蓋率，讓“藥”“水”降下來，治效提上去。由于采用遠(yuǎn)程操縱，減少了人工長時間接觸農(nóng)藥而產(chǎn)生的中毒。此外，在青壯年勞動力的結(jié)構(gòu)性短缺，農(nóng)業(yè)勞動力成本的持續(xù)提高的情況下，植保無人機的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要作用。

二、無人植保機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的效益分析

（一）環(huán)境效益

我國的農(nóng)藥生產(chǎn)已取得長足發(fā)展，但因施藥技術(shù)和施藥設(shè)備落后，各地仍沿用粗放的施藥方式，大霧滴大容量噴淋式噴霧等落后的施藥技術(shù)和設(shè)備盛行，農(nóng)藥有效利用率有的不足30%，每年噴灑出去農(nóng)藥制劑有70%～80%流失到環(huán)境中，不僅浪費大量資源，還造成環(huán)境污染，導(dǎo)致施藥人員中毒和農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)等問題。無人機施藥采用低容量噴霧技術(shù)替代粗放的大容量噴霧技術(shù)，采用高精度GPS的農(nóng)用無人機的自動導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)航空噴霧作業(yè)噴幅的精確對接，極大地提高了我國航空植保作業(yè)的質(zhì)量，可把農(nóng)藥有效利用率提高到35%以上；通過本項目的實施，實現(xiàn)農(nóng)藥的減量、精確、高效、合理的使用，降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，符合“建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，高效利用資源，保護生態(tài)環(huán)境”的政策，也符合“減量化、再利用、再循環(huán)”的循環(huán)經(jīng)濟實際操作原則，是建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型可持續(xù)農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐。

（二）經(jīng)濟效益分析

首先，農(nóng)業(yè)航空施藥的效率是常規(guī)施藥機具的100倍，作業(yè)效率按500畝/天，而且航空施藥采用低空低量施藥技術(shù)，可節(jié)約農(nóng)藥20%，每年可產(chǎn)生較大的收益；采用高效航空施藥，節(jié)約了用水、人工成本；較傳統(tǒng)病蟲害防治，采用了新技術(shù)，提高了防治效果，使得農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量提高。而高效的農(nóng)業(yè)航空施藥可以及時防控突發(fā)性大面積病蟲害，提高病蟲害防治效果，為國家挽回巨大的糧食損失，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

（三）社會效益分析

農(nóng)作物病蟲害防治是勞動強度最大的田間管理項目。隨著我國人口老齡化，農(nóng)業(yè)勞動力日益短缺、勞動力成本不斷攀升與我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的矛盾將越來越激化。高效的航空施藥可以緩解農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)勞動力短缺與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間的矛盾。探索規(guī)模化、社會化無人機航空病蟲害防治的區(qū)域經(jīng)營模式，以及植保、農(nóng)機等多部門聯(lián)合的無人機航空病蟲害防治技術(shù)與裝備推廣機制，最終提出包括技術(shù)推廣、技術(shù)指導(dǎo)、規(guī)模化應(yīng)用的無人機航空施藥裝備推廣使用體系，構(gòu)建完善的新型服務(wù)體系，加速我國農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。

隨著航空施藥技術(shù)的發(fā)展，將帶動新型藥劑產(chǎn)業(yè)和航空施藥裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這新型產(chǎn)業(yè)符合國家戰(zhàn)略發(fā)展需求，具有廣闊的市場前景，為國家創(chuàng)造大量的就業(yè)崗位，帶來巨大的社會效益。

三、植保無人機技術(shù)開發(fā)展望

通過室內(nèi)風(fēng)洞試驗與田間驗證方法，優(yōu)化航空作業(yè)參數(shù)，對適用于不同作物、不同病蟲害防治的飛機作業(yè)參數(shù)進行選擇與優(yōu)化，包括：作業(yè)壓力、噴霧量、霧滴粒徑、霧滴分布性能，以及飛行高度、飛行速度、航線規(guī)劃與導(dǎo)航控制方式等。

考核航空平臺田間作業(yè)可靠性與連續(xù)工作能力，優(yōu)化田間噴施作業(yè)速度、噴施量，優(yōu)化航空平臺施藥載荷與續(xù)航能力，提高能效比，優(yōu)化田間作業(yè)效率。

針對不同作物的生長特性與病蟲害發(fā)生規(guī)律，確定不同防治時期、不同病蟲害航空噴施方案與噴施要求，確定作業(yè)參數(shù)范圍，制定與不同作物、不同病蟲害、不同機型配套的噴施作業(yè)技術(shù)規(guī)范。

研究高精度飛行姿態(tài)及導(dǎo)航定位傳感器，融合激光及聲納測距等傳感器，消減地效的影響，開發(fā)無人機超低空飛行高穩(wěn)定性自動駕駛控制技術(shù)，提高飛行控制精度，保證無人機超低空飛行作業(yè)時的穩(wěn)定性。

完善無人機的失控保護措施，包括開發(fā)具有失控保護、故障自檢測、報警功能的飛控系統(tǒng)，實時跟蹤監(jiān)視各類參數(shù)，排除安全隱患，提高無人機平臺低空飛行的安全性。