無(wú)人機(jī)農(nóng)業(yè)植保的現(xiàn)狀研究

韋素華

（鹿寨縣拉溝鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣與管理站，廣西鹿寨 545605）

0 引言

植保是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，借助植保技術(shù)能夠改善農(nóng)作物的生長(zhǎng)條件，提高農(nóng)作物成活率。在植保無(wú)人機(jī)使用期間，切實(shí)提升了農(nóng)業(yè)植保成功率。植保無(wú)人機(jī)是用于保護(hù)農(nóng)作物的無(wú)人機(jī)，借助遙控、定位等技術(shù)，達(dá)成無(wú)人機(jī)控制目標(biāo)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，可完成藥劑噴灑、病蟲害防治等工藝，獲得了廣泛應(yīng)用與認(rèn)可。目前，在農(nóng)業(yè)市場(chǎng)中植保無(wú)人機(jī)發(fā)展前景較為樂觀。

1 植保無(wú)人機(jī)概述

1.1 植保無(wú)人機(jī)類型

在無(wú)人機(jī)技術(shù)深入發(fā)展時(shí)，相應(yīng)增加了植保無(wú)人機(jī)的設(shè)備類型，在此領(lǐng)域中機(jī)械設(shè)備數(shù)量逐年增加。植保無(wú)人機(jī)類型，包括油動(dòng)、電動(dòng)、固定翼、單翼、多翼五種類型。

1.2 植保無(wú)人機(jī)使用優(yōu)勢(shì)

第一，作業(yè)效率高。植保無(wú)人機(jī)具有較快的飛行速度，相比一般機(jī)械設(shè)備速度快。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，單位時(shí)間以小時(shí)為計(jì)量方式，植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)范圍可達(dá)到9 hm2左右，高于一般噴灑作業(yè)數(shù)百倍。植保無(wú)人機(jī)運(yùn)行，是使用地面遙控技術(shù)、飛行控制等方式，操作人員可遠(yuǎn)程遙控，處于安全環(huán)境中，減少農(nóng)藥對(duì)農(nóng)藝人員產(chǎn)生的危害，提升農(nóng)藥噴灑有效性。

第二，使用成本低。在農(nóng)藝活動(dòng)中，使用植保無(wú)人機(jī)時(shí)，具有高精準(zhǔn)使用優(yōu)勢(shì)，所噴藥物能夠全面散落在農(nóng)作物上，減少藥劑浪費(fèi)，提升藥劑成本控制效果。在藥劑噴灑時(shí)，相比一般噴灑形式，單位面積農(nóng)作物的藥劑使用量，能夠節(jié)約1/2，同時(shí)節(jié)約至少90%的水資源，減少農(nóng)藝生產(chǎn)成本。

第三，作業(yè)效果顯著。在使用植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑時(shí)，能夠提升藥物穿透力，保障農(nóng)作物病蟲害的防治效果。

第四，操作便捷。植保無(wú)人機(jī)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中獲得了廣泛應(yīng)用，具有占地面積小、質(zhì)量輕便、保養(yǎng)便捷、成本低廉、操作簡(jiǎn)易等使用優(yōu)勢(shì)。

2 植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的使用情況

2.1 植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展歷程

國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)的研發(fā)工作，以高校、航模科研單位為主。高校對(duì)于植保無(wú)人機(jī)的研究，側(cè)重于理論內(nèi)容，以航空航天大學(xué)為主。

2004年，科研實(shí)施了863研究計(jì)劃，各農(nóng)業(yè)單位對(duì)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行了科研與宣傳工作。

2008年，以無(wú)人機(jī)噴霧技術(shù)為研究方向。

2010年，植保無(wú)人機(jī)研發(fā)成功。

2016年，植保無(wú)人機(jī)發(fā)展成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的新寵，在各地區(qū)獲得了迅速蔓延。根據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)資料可知：發(fā)展至2016年6月，國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)供應(yīng)商數(shù)量超過200家，累計(jì)生產(chǎn)植保無(wú)人機(jī)數(shù)量為5 000架。

無(wú)人機(jī)市場(chǎng)中，對(duì)植保無(wú)人機(jī)需求量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)合國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模情況，農(nóng)田畝數(shù)有18億，每年因農(nóng)藥中毒的農(nóng)藝人員超過10萬(wàn)人次。同時(shí)植保無(wú)人機(jī)具有遠(yuǎn)程操控的使用優(yōu)勢(shì)，能夠有效解決植保農(nóng)藥中毒問題，提升植保工作效率。預(yù)測(cè)在未來(lái)五年內(nèi)，植保無(wú)人機(jī)需求量將會(huì)增加10萬(wàn)架，相應(yīng)提供40萬(wàn)人次無(wú)人機(jī)植保人員的就業(yè)崗位。

2.2 植保無(wú)人機(jī)使用的注意事項(xiàng)

以電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)為例，探索植保無(wú)人機(jī)的使用規(guī)則。

1）保障植保人員安全，減少植保人員農(nóng)藥中毒，在操作植保無(wú)人機(jī)時(shí)，應(yīng)與植保人員保持一定距離，以此提升操作安全性。

2）在操作植保無(wú)人機(jī)前期，應(yīng)保障無(wú)人機(jī)電量的充足性，繼而開展農(nóng)藥噴灑作用。

3）植保人員在操作植保無(wú)人機(jī)時(shí)，應(yīng)保持狀態(tài)清醒，嚴(yán)禁酒后操作，防止無(wú)人機(jī)在他人頭頂亂飛事件。

4）由于雨水，水汽對(duì)無(wú)人機(jī)會(huì)產(chǎn)生不利作用，使其處于失控狀態(tài)。因此，在雨雪天氣時(shí)，不宜操作植保無(wú)人機(jī)。

5）在操控?zé)o人機(jī)時(shí)，應(yīng)保障無(wú)人機(jī)在植保人員的視線范圍內(nèi)，提升遙控的安全性。

6）植保無(wú)人機(jī)飛行時(shí)，應(yīng)與高壓電線保持距離。7）在植入遙控模型時(shí)，應(yīng)保障技術(shù)安裝的專業(yè)性，減少不當(dāng)操作引起的設(shè)備故障問題。

8）如若植保無(wú)人機(jī)發(fā)生模型損壞、浸水等突發(fā)事故，再次使用時(shí)，應(yīng)有序完成植保無(wú)人機(jī)的功能調(diào)試，在確保其運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)方可使用。

2.3 植保無(wú)人機(jī)使用的作業(yè)條件

1）當(dāng)風(fēng)力級(jí)別達(dá)到4級(jí)時(shí)，應(yīng)暫停植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)項(xiàng)目，在風(fēng)力級(jí)別達(dá)到了6級(jí)時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)行植保無(wú)人機(jī)作業(yè)項(xiàng)目。

2）作業(yè)區(qū)前后周邊10 m內(nèi)，無(wú)人居住、無(wú)防護(hù)林、無(wú)明顯障礙物。

3）農(nóng)業(yè)作業(yè)區(qū)中間場(chǎng)地，并未設(shè)立影響植保無(wú)人機(jī)飛行的物資，保障植保無(wú)人機(jī)飛行順暢。

4）植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度應(yīng)以植保人員視線為基準(zhǔn)，便于植保人員查看無(wú)人機(jī)飛行情況。同時(shí)田間應(yīng)有便于行走的路徑，在無(wú)人機(jī)掉落、損壞時(shí)，植保人員能夠不損壞農(nóng)作物，順利取回植保無(wú)人機(jī)。

2.4 油動(dòng)植保無(wú)人機(jī)的使用優(yōu)缺點(diǎn)

2.4.1 優(yōu)點(diǎn)

1）載荷適應(yīng)能力強(qiáng)，載荷最小值為15 L，載荷最大值為120 L。2）在田間飛行時(shí)間較長(zhǎng)，單架農(nóng)業(yè)噴灑藥劑范圍較大。3）供能資源獲得容易，燃料以汽油混合物為主。

2.4.2 不足

1）由于油動(dòng)植保無(wú)人機(jī)的燃料，含有柴油、機(jī)油等成分，如若廢油燃燒不充分，將會(huì)引起廢油被噴灑在農(nóng)作物表面，對(duì)農(nóng)作物形成了污染。

2）油動(dòng)植保無(wú)人機(jī)具有較高的購(gòu)買成本，售價(jià)最大值大于30萬(wàn)元且等于200萬(wàn)元。

3）此款植保無(wú)人機(jī)在發(fā)生性能損壞時(shí)，維修工作具有一定難度。同時(shí)故障概率較高。

4）在發(fā)動(dòng)無(wú)人機(jī)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一定磨損，使用周期為400 h左右。

2.5 電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)的使用優(yōu)缺點(diǎn)

2.5.1 優(yōu)點(diǎn)

1）較高環(huán)保性、無(wú)環(huán)境污染問題，對(duì)農(nóng)田作物無(wú)威脅。

2）操作便捷、維修簡(jiǎn)易。一般情況下，植保人員操作一星期后，便能夠熟練操作電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)。

3）成本低廉，售價(jià)最大值大于10萬(wàn)元且等于18萬(wàn)元，在農(nóng)業(yè)市場(chǎng)獲得了廣泛應(yīng)用。

4）使用周期長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)。

2.5.2 不足

1）荷載承受能力較小，荷載最小值為5L，荷載最大值為15 L。

2）航時(shí)短，單次添加作業(yè)時(shí)間為7 min左右，單次完成作業(yè)面積為1 hm2左右。

3）動(dòng)力能源以鋰電池為主，作為外場(chǎng)需完成發(fā)電機(jī)設(shè)備的配備，便于及時(shí)補(bǔ)充電池能量。

2.6 新型雙噴頭植保無(wú)人機(jī)的性能參數(shù)

如表1所示，為最近研發(fā)雙頭植保無(wú)人機(jī)的性能參數(shù)，相比電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)，具有雙噴頭、高荷載、高觸電等優(yōu)勢(shì)：相比油動(dòng)植保無(wú)人機(jī)，具有使用周期長(zhǎng)、無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)。

表1 新型雙噴頭植保無(wú)人機(jī)的性能參數(shù)

例如達(dá)普機(jī)械在網(wǎng)上供應(yīng)的雙頭植保無(wú)人機(jī)，售價(jià)為2.2萬(wàn)元/個(gè)，相比油動(dòng)、電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)，成本較低。此款雙頭植保無(wú)人機(jī)，在風(fēng)力2～3級(jí)時(shí)，飛行速度達(dá)到4 m/s，裝設(shè)了5個(gè)扇形霧噴頭，單次作業(yè)時(shí)間12 min左右，飛行時(shí)與農(nóng)作物保持2 m左右，在噴灑水稻農(nóng)作物時(shí)，每小時(shí)能夠噴灑作物4.47 hm2左右。

3 植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展路線

3.1 加強(qiáng)政府扶持

國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)50年代，對(duì)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)進(jìn)行了深入研究，前后設(shè)計(jì)了863個(gè)計(jì)劃，用于研究農(nóng)業(yè)植保技術(shù)。在新時(shí)期，農(nóng)業(yè)部、科技研發(fā)等單位，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)發(fā)展。同時(shí)，植保無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展期間，應(yīng)加強(qiáng)政府扶持力度，在農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼方向給予適度的政策傾斜，完善農(nóng)機(jī)類目。在此基礎(chǔ)上，以植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，開設(shè)生態(tài)農(nóng)村建設(shè)、智慧農(nóng)村發(fā)展等課題，以期從多個(gè)視角發(fā)揮植保無(wú)人機(jī)的使用優(yōu)勢(shì)。

3.2 增強(qiáng)植保無(wú)人機(jī)使用合理性

對(duì)植保無(wú)人機(jī)的生產(chǎn)單位，進(jìn)行資源整合，提升關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度，以技術(shù)視角提升植保無(wú)人機(jī)的使用性能。比如，飛控操作簡(jiǎn)便、飛控噴灑精確等。借助技術(shù)升級(jí)，最大化減少資源浪費(fèi)問題。

現(xiàn)階段，植保無(wú)人機(jī)整機(jī)質(zhì)量在20 kg以下，載重量不高，由此提升飛控路徑的規(guī)劃難度。例如，新型雙噴頭植保無(wú)人機(jī)，單次飛行作業(yè)時(shí)間總和為12 min，每小時(shí)能夠噴灑水稻作物4.47 hm2左右，合計(jì)單次運(yùn)行噴灑作物為0.89 hm2，由此科學(xué)規(guī)劃噴灑路徑，減少農(nóng)作物噴灑遺漏、重復(fù)噴灑，成為植保無(wú)人機(jī)使用的關(guān)鍵話題。

3.3 植保無(wú)人機(jī)精確技術(shù)研發(fā)路徑

植保無(wú)人機(jī)在多年實(shí)踐使用中，獲得了技術(shù)完善，在飛控高度、航速、噴頭數(shù)量等方面，進(jìn)行了改良。此類技術(shù)點(diǎn)較多，尚未形成研究模型，無(wú)法獲取技術(shù)項(xiàng)目之間的相互影響，更多取決于植保人員的操作實(shí)踐，由此難以保障植保無(wú)人機(jī)使用的精準(zhǔn)性。因此，在未來(lái)研發(fā)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)無(wú)人機(jī)運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集，為無(wú)人機(jī)精確技術(shù)研發(fā)提供參考依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，植保無(wú)人機(jī)的使用與發(fā)展，尚處于發(fā)展階段。政府單位、社會(huì)組織、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)植保無(wú)人機(jī)關(guān)注，以期提升植保無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展能力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供多重助力，推進(jìn)國(guó)內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。因此，在后續(xù)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)研發(fā)期間，應(yīng)結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各項(xiàng)需求，深入挖掘植保無(wú)人機(jī)的運(yùn)作形式，以期優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)成智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)作目標(biāo)。