無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及展望

孟凡彬，張?jiān)迄i

（1.大城縣廣播電視臺，河北 廊坊 065900；2.大城縣行政審批局，河北 廊坊 065900）

無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。無人機(jī)通過配置高精度定位器、機(jī)械臂等作業(yè)裝置，就可以完成各種農(nóng)業(yè)作業(yè)任務(wù)，包括：飛播、施肥、農(nóng)情監(jiān)測、災(zāi)情探查、農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)勘測、噴灑農(nóng)藥、病蟲害防治等。當(dāng)前，農(nóng)用無人機(jī)的應(yīng)用尚處于起步階段，但發(fā)展勢頭迅猛。

1 無人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 無人機(jī)發(fā)展歷程

2004年中國植保無人機(jī)開始研究和推廣，到2007年我國第一架工程型植保無人直升機(jī)開始產(chǎn)業(yè)化探索，2010年第一架商用的植保無人機(jī)交付市場，正式掀開了中國植保無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化的序幕。從2013年起，農(nóng)業(yè)部在全國范圍內(nèi)推廣植保無人機(jī)低空低量航空施藥技術(shù)。2014年8月，廊坊市安次區(qū)落垡鎮(zhèn)東張務(wù)村應(yīng)用M18多旋翼植保無人機(jī)空中農(nóng)藥噴灑試飛，是植保無人機(jī)首次在廊坊市應(yīng)用。

1.2 植保、監(jiān)測與觀測

無人機(jī)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用主要集中在植保作業(yè)，空中噴霧噴灑農(nóng)藥能極大提高作業(yè)效率，且不會對土壤進(jìn)行重復(fù)碾壓，不傷作物，降低了勞動強(qiáng)度。無人機(jī)上配置高清數(shù)碼相機(jī)、高清攝像頭、多光譜儀、熱像儀、各種傳感器等專業(yè)成像設(shè)備，可以獲取低空高分辨率遙感數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可應(yīng)用于農(nóng)作物生長及健康狀況評估、農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測、自然災(zāi)害評估、農(nóng)作物病蟲草害發(fā)現(xiàn)與預(yù)警、農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測、土地資源測量、畜禽疫病發(fā)現(xiàn)等方面。

1.3 其他領(lǐng)域

在農(nóng)業(yè)科研方面，無人機(jī)可對科研目標(biāo)整體情況以及單個(gè)科研目標(biāo)進(jìn)行觀測和觀察；在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全方面，可以做到精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)施肥及用藥；在農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)領(lǐng)域，主要探索于鮮活農(nóng)產(chǎn)品的及時(shí)運(yùn)送。

2 無人機(jī)的優(yōu)勢

2.1 防治范圍廣

無人機(jī)不受農(nóng)作物長勢和地理環(huán)境的限制，可在農(nóng)作物生長過程中人力或機(jī)械難以下地等情況下作業(yè)，如在耕作區(qū)域崎嶇，無人機(jī)可以在不損壞土壤物理?xiàng)l件下省時(shí)省力的完成作業(yè)。多旋翼無人機(jī)在田間地頭就能升起降落，從幾米低空飛行可在視距范圍內(nèi)控制飛行噴灑效果，非常適用于各類復(fù)雜地形農(nóng)田和不同種類高矮的農(nóng)植物與樹林，相鄰農(nóng)田種植不同農(nóng)作物情況下也可以精準(zhǔn)噴灑。

2.2 噴灑效果好

噴灑農(nóng)藥時(shí)，農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)向下的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流，可以翻動和搖晃農(nóng)作物，讓下方的農(nóng)作物形成一個(gè)紊流區(qū)，能將部分農(nóng)藥噴灑到莖葉背面和根部，這是人工噴藥和其他噴灑設(shè)備噴藥無法做到的。

2.3 節(jié)水節(jié)藥

植保無人機(jī)噴灑相比人工方式至少可以節(jié)約50%的農(nóng)藥使用量，節(jié)約90%的用水量，降低了資源成本，有效解決農(nóng)藥殘留及土壤、水源污染問題，環(huán)保效果好，如果采用規(guī)?；療o人機(jī)噴灑方式有利于減少對環(huán)境和農(nóng)作物的污染。

2.4 效率高

農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)噴灑飛行速度為3 m/s，噴灑裝置寬度為3～4 m，作業(yè)寬度為4～8 m，并且能夠與農(nóng)作物的距離最低保持在1～2 m的固定高度，規(guī)模作業(yè)能達(dá)到每小時(shí)5.3～6.67 hm2，其效率要比常規(guī)噴灑至少高出100倍。農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)作業(yè)最大限度的減少了施藥人員接觸農(nóng)藥的時(shí)間，從而保證了施藥人員的身體健康。

3 無人機(jī)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中存在的問題

3.1 購買成本高

用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的無人機(jī)，一般采用固定翼和旋翼2種，其中植保無人機(jī)屬于是特殊用途的無人機(jī)，需要具有耐高溫高濕、耐農(nóng)藥腐蝕的特性，要有至少10kg以上的載荷能力，以及高強(qiáng)度持續(xù)飛行、穩(wěn)定性、噴施農(nóng)藥時(shí)的流量可控性等諸多特性。所以價(jià)格要比一般的航拍無人機(jī)要貴一些，電池壽命僅有三四百來次，機(jī)械折損成本高，收回成本的周期太長。價(jià)格高昂讓普通農(nóng)戶望而卻步，寧愿辛苦一點(diǎn)手動噴藥也不愿花昂貴價(jià)格購買無人機(jī)。

3.2 飛防員短缺

無人機(jī)事業(yè)發(fā)展的瓶頸是“有機(jī)無人”，需要大量專業(yè)的農(nóng)民飛防員。飛防員需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)才能上手，而農(nóng)村留守勞動力年齡普遍偏大，對高科技技術(shù)接受能力普遍較低。除此之外，飛防員培訓(xùn)體系亟待完善，操作人員技能水平參差不齊，也會影響作業(yè)效果。

3.3 續(xù)航能力受限

常用農(nóng)用無人機(jī)受機(jī)身重量及搭載輔助器件的影響，續(xù)航時(shí)間為20～60 min，通訊距離根據(jù)搭載的通信模塊不同，其通訊范圍在0.5～15km不等。在低負(fù)載下，如只搭載圖像采集設(shè)備的農(nóng)用無人機(jī)，最大續(xù)航也基本不超過60min。由于在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中無人機(jī)都是進(jìn)行大范圍作業(yè)，承重能力太低、續(xù)航時(shí)間太短、通信范圍過窄，影響了無人機(jī)技術(shù)推廣。

3.4 缺少專用藥劑

目前，大部分公司的農(nóng)藥制劑水平，還不能滿足無人機(jī)噴藥的技術(shù)要求，植保無人機(jī)噴灑的藥劑大多使用手工勾兌噴灑藥劑量，農(nóng)藥生產(chǎn)廠商還沒有結(jié)合植保無人機(jī)施藥特點(diǎn)，生產(chǎn)出方便高效的無人機(jī)作業(yè)專用藥劑，缺乏相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致植保無人機(jī)噴灑帶來的低毒低殘留效果不明顯，植保效果難以有效評估。

3.5 售后服務(wù)不完善

無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)魚龍混雜，發(fā)展良莠不齊，產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)都沒有保障，購買植保無人機(jī)的用戶面臨出現(xiàn)產(chǎn)品故障卻難以快速修復(fù)的難題，經(jīng)常因?yàn)槭酆缶S修難而錯(cuò)過植保作業(yè)最佳時(shí)機(jī)，耽誤農(nóng)時(shí)影響收益。維修保養(yǎng)成本高等問題，仍然制約著植保無人機(jī)的推廣應(yīng)用。

4 無人機(jī)應(yīng)用展望

4.1 快速推動無人機(jī)信息化建設(shè)

加快推動“互聯(lián)網(wǎng)+無人機(jī)”的信息化工作，以做好無人機(jī)的確權(quán)管理工作，搭建植保無人機(jī)購機(jī)和飛防統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)，以方便各無人機(jī)企業(yè)產(chǎn)品銷售的購機(jī)和跨區(qū)域飛行作業(yè)補(bǔ)貼落實(shí)，調(diào)動種糧大戶和農(nóng)機(jī)專業(yè)戶投入無人機(jī)的積極性，推進(jìn)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的健康發(fā)展。

4.2 推進(jìn)農(nóng)業(yè)無人機(jī)的行業(yè)準(zhǔn)入

建立健全農(nóng)業(yè)無人機(jī)的技術(shù)及行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，通過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和促進(jìn)行業(yè)技術(shù)提升，完善植保無人機(jī)全自主巡航作業(yè)功能，提高無人機(jī)作業(yè)安全保障性，明確未來農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)飛防的產(chǎn)業(yè)方向。

4.3 推進(jìn)農(nóng)業(yè)無人機(jī)服務(wù)體系建設(shè)

結(jié)合植保無人機(jī)售后培訓(xùn)、田間作業(yè)及產(chǎn)品售后服務(wù)，探索建立為以無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)為中心的農(nóng)業(yè)無人機(jī)綜合服務(wù)體系，重點(diǎn)解決植保無人機(jī)飛手的培訓(xùn)、資格認(rèn)定和行業(yè)監(jiān)管問題，協(xié)調(diào)植保無人機(jī)田間作業(yè)安排和全自主作業(yè)的范圍管理，保證農(nóng)業(yè)無人機(jī)產(chǎn)品售后服務(wù)的質(zhì)量。

4.4 推廣農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)專用藥劑

隨著農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的普及和應(yīng)用，未來植保無人機(jī)飛防市場有著巨大的增長空間，建議結(jié)合無人機(jī)施藥的特點(diǎn)，加快研發(fā)生產(chǎn)出無人機(jī)專用高效、低毒、低殘留、低污染的藥劑。通過無人機(jī)飛防作業(yè)降低農(nóng)藥使用量，有效降低農(nóng)作物農(nóng)藥殘留，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)語

通過對無人機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的綜合分析，可以看出無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮著極大的作用。同時(shí)，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要集中在植保方面，對于其他農(nóng)業(yè)深層次應(yīng)用尚處于起步階段?？梢灶A(yù)見，在未來農(nóng)用無人機(jī)的機(jī)型將趨于多樣化，載重量和滯空時(shí)間、智能程度將進(jìn)一步提升；農(nóng)用無人機(jī)的應(yīng)用將向多元化發(fā)展，應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)展；農(nóng)用無人機(jī)的作業(yè)將向精準(zhǔn)化和智能化方向發(fā)展。