植保無人機(jī)在現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用研究

李偉偉

（威縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 威縣 054700）

越來越多的調(diào)查表明，無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者帶來了極大的便利。它不僅減輕了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的負(fù)擔(dān)，提高了工作效率，而且播種作物非常均勻，提高了作物的產(chǎn)量。無人機(jī)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的作用越來越明顯，但無人機(jī)技術(shù)在應(yīng)用中仍存在一些問題。我們要積極發(fā)現(xiàn)這些問題，并尋找解決辦法。

1 國(guó)內(nèi)外無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 無人機(jī)在國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，美國(guó)是全球無人機(jī)技術(shù)的領(lǐng)先國(guó)家，以色列是無人機(jī)的主要出口國(guó)。俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速。印度等國(guó)主要依靠國(guó)外進(jìn)口，自主研發(fā)實(shí)力相對(duì)薄弱。近幾年，美國(guó)在無人機(jī)創(chuàng)新方面取得重要突破，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)大規(guī)模商用。

1.2 無人機(jī)在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)的無人機(jī)研究起步較晚。上世紀(jì)70年代，中國(guó)開始自主研發(fā)無人偵察機(jī)。改革開放后，在民用領(lǐng)域進(jìn)行可行性探索。目前，國(guó)家也十分重視農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的發(fā)展。在土地流轉(zhuǎn)背景下，我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式正在向大面積集約化轉(zhuǎn)變，為了保證產(chǎn)量，農(nóng)藥用量不斷增加。傳統(tǒng)的人工噴灑農(nóng)藥防治作物病蟲害已不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求，人工成本大大增加；農(nóng)機(jī)噴施農(nóng)藥受地域條件限制，苗木破壞率過高，農(nóng)藥浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，隨著土地的大規(guī)模流轉(zhuǎn)，工業(yè)化生產(chǎn)中逐漸出現(xiàn)對(duì)高載藥無人機(jī)的需求。近年來，隨著農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景日益廣闊，我國(guó)智能農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)植保技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的不足。利用農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)施藥施肥在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中顯得尤為重要。

2 無人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 農(nóng)田噴藥

無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是噴灑有利于植物生長(zhǎng)的藥物。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相比，無人值守和應(yīng)用具有定時(shí)量化、操作準(zhǔn)確、省時(shí)省力、方便快捷、智能化、環(huán)保高效等特點(diǎn)。它為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者節(jié)省了大量的時(shí)間成本和勞動(dòng)力成本。無人機(jī)已在全國(guó)各地，特別是東北平原地區(qū)用于噴藥，無人機(jī)技術(shù)得到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的一致肯定。

2.2 農(nóng)田信息數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

無人機(jī)監(jiān)測(cè)具有范圍廣、能力強(qiáng)、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)，這些是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者無法做到的。在信息和數(shù)據(jù)監(jiān)控方面，無人機(jī)主要監(jiān)控病蟲害、灌溉澆水、作物生長(zhǎng)、作物種植等問題。了解作物是否有病蟲害、水土流失是否嚴(yán)重，是一項(xiàng)需要大量人力物力的工作。而無人機(jī)利用空間信息技術(shù)和遙感技術(shù)拍攝大面積農(nóng)田航拍照片，從航拍視頻和航拍圖片中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，確定土地的干濕度是否合格。這樣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者就可以發(fā)現(xiàn)農(nóng)田存在的問題，然后用正確的措施快速、及時(shí)地解決這些問題。

2.3 減少農(nóng)藥污染

在傳統(tǒng)噴灑藥物的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)污染周圍非耕地地區(qū)的現(xiàn)象。由于無人機(jī)操作準(zhǔn)確、精細(xì)，可以減少農(nóng)藥的擴(kuò)散程度及其對(duì)周邊地區(qū)的影響，保護(hù)環(huán)境。

2.4 操作區(qū)域廣闊

我國(guó)的地形環(huán)境非常復(fù)雜，有些地區(qū)山地多，往往需要依靠原始的人力來完成耕種、播種、病蟲害防治和收獲。無人機(jī)可以打破地形的限制，在這些地域進(jìn)行專業(yè)運(yùn)作。對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者來說，這不僅減輕了他們的負(fù)擔(dān)，而且使他們的種植更加科學(xué)和智能。

2.5 受影響地區(qū)保險(xiǎn)調(diào)查

在農(nóng)作物成長(zhǎng)的過程中，不可避免地會(huì)遭受病蟲害、寒潮、洪水、干旱等各種各樣的災(zāi)害。對(duì)于種植面積較小的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者，調(diào)查其受影響的面積并不困難。然而，對(duì)于大面積的農(nóng)作物種植戶來說，調(diào)查受影響的區(qū)域并不容易。為了更有效地測(cè)量受災(zāi)區(qū)域，農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)公司將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用到調(diào)查中。無人機(jī)具有響應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確、高分辨率圖像技術(shù)和高精度定位功能等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)可以使農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)公司在調(diào)查受災(zāi)地區(qū)時(shí)更加方便、快捷和準(zhǔn)確，提高受災(zāi)調(diào)查的效率，并大大節(jié)約工作成本。

3 無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)技術(shù)是滿足農(nóng)業(yè)、工業(yè)等生產(chǎn)活動(dòng)的一項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)，而植保是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)目標(biāo)的關(guān)鍵。因此，將無人機(jī)技術(shù)與農(nóng)業(yè)植保相結(jié)合，將有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.1 工作效率高

無人機(jī)技術(shù)是目前先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)之一。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密，材料先進(jìn)，綜合性能優(yōu)異。在速度方面，與傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)裝備相比，無人機(jī)在工作中不受地質(zhì)條件等因素的限制，實(shí)際噴藥時(shí)可達(dá)到9 hm/h以上，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械。

3.2 運(yùn)作效果突出

傳統(tǒng)的人工施藥技術(shù)主觀性強(qiáng)，易受外界因素影響，造成施藥不均勻。植保無人機(jī)在GPS、GIS等技術(shù)的支持下，可以自動(dòng)掃描農(nóng)藥噴灑區(qū)域，判斷是否需要噴灑。植保無人機(jī)的作業(yè)效果突出，可以保證農(nóng)作物受到均勻噴灑，從而有效控制病蟲害和雜草的發(fā)生。

3.3 工作成本低

在農(nóng)藥噴灑期間，人工操作需要投入大量的勞動(dòng)力，成本支出較高。由于速度快的優(yōu)點(diǎn)，植保無人機(jī)可以在最短的時(shí)間內(nèi)完成大規(guī)模的農(nóng)藥噴灑，同時(shí)可以節(jié)約90%以上的水資源，實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約。

3.4 操作簡(jiǎn)單

與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備相比，植保無人機(jī)體積小，操作方式簡(jiǎn)單，相關(guān)人員可以快速掌握無人機(jī)的操作技能。

3.5 減少人體傷害

與傳統(tǒng)的人工噴灑藥劑相比，植保無人機(jī)在實(shí)際工作中可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，自行噴灑藥劑。因此，工作人員可以站在安全范圍內(nèi)，遠(yuǎn)離農(nóng)藥，避免化學(xué)品對(duì)人體的危害。

3.6 提高藥劑滲透力

植保無人機(jī)可以有效提高藥劑噴灑過程中的藥劑霧化效果，從而有效控制藥劑對(duì)農(nóng)作物的覆蓋，避免藥劑過量造成的農(nóng)藥污染?？梢钥闯?，無人機(jī)技術(shù)具有高速、高效的特點(diǎn)，其應(yīng)用在很大程度上可以改善藥物滲透、提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.7 確定出苗率和作物密度

出苗率和作物栽培密度直接影響農(nóng)業(yè)植保效果。因此，為了及時(shí)掌握出苗率和作物栽培密度，應(yīng)加強(qiáng)植物保護(hù)無人機(jī)的應(yīng)用，通過植保無人機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控種植基地。在利用植保無人機(jī)識(shí)別出苗率和作物密度的過程中，監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)明確，栽培基地內(nèi)的作物應(yīng)分別測(cè)量。工作人員需要對(duì)無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行收集、整合和分析，通過專業(yè)的計(jì)算手段獲得當(dāng)前作物的出苗率和密度，并與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，然后進(jìn)行后續(xù)的植保措施。

3.8 測(cè)試并記錄作物的生長(zhǎng)情況

在作物生長(zhǎng)過程中，由于人為因素和自然因素等不可控因素，會(huì)出現(xiàn)一系列的生長(zhǎng)問題?；诖耍瑸榱擞行ПＷC農(nóng)業(yè)植保工作的有效性，需要利用植保無人機(jī)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)和記錄。具體措施如下：首先，利用植保無人機(jī)檢測(cè)栽培基地內(nèi)雜草覆蓋情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)栽培基地內(nèi)雜草進(jìn)行處理，保證土壤肥力，為作物生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分。其次，利用植保無人機(jī)監(jiān)測(cè)種植基地內(nèi)作物的狀態(tài)，從而判斷作物是否處于缺水狀態(tài)，然后根據(jù)作物的實(shí)際情況對(duì)作物進(jìn)行灌溉。植物保護(hù)措施的使用可以保證作物在生長(zhǎng)過程中科學(xué)控制澆水，可以有效保證作物的需水量。最后，利用植保無人機(jī)對(duì)栽培基地作物的成熟期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而預(yù)測(cè)作物的最佳采摘期，避免作物過熟，影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

4 無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)植保應(yīng)用中存在的問題

雖然無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，并取得了良好的效果，但仍存在一些不可避免的問題。

4.1 自身限制

雖然無人機(jī)技術(shù)水平在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不斷提高，但無人機(jī)在使用過程中會(huì)受到自身限制，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。雖然無人機(jī)操作方便靈活，但無人機(jī)本身的體積太小，能夠承受的重量非常有限，而且無人機(jī)的電池耗電非?？欤潆姺浅Ｂ?。此外，與普通無人機(jī)相比，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的無人機(jī)的功能不太完善。在復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，如果操作稍有不慎，無人機(jī)可能被損壞甚至摧毀。

4.2 專業(yè)人員不足

目前，無人機(jī)的采購(gòu)者主要是農(nóng)場(chǎng)和一些大面積的種植者，沒有大規(guī)模的采購(gòu)群體。購(gòu)買無人機(jī)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者很難對(duì)無人機(jī)的使用進(jìn)行集中培訓(xùn)，影響了無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用。

4.3 缺乏集中的無人機(jī)維修站

由于無人機(jī)容易出現(xiàn)一些設(shè)備問題，需要專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)。但是，由于購(gòu)買無人機(jī)的人群分散，很難為每個(gè)人安排集中的維修點(diǎn)。這樣一來，一旦無人機(jī)出現(xiàn)問題，買家無法對(duì)無人機(jī)進(jìn)行維修，這就會(huì)降低他們對(duì)無人機(jī)的購(gòu)買欲望。

5 農(nóng)業(yè)植物保護(hù)中無人機(jī)應(yīng)用問題的解決策略

在未來，無人機(jī)農(nóng)業(yè)植保產(chǎn)業(yè)還需要進(jìn)一步優(yōu)化完善、轉(zhuǎn)型升級(jí)，需要結(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際情況，進(jìn)一步建立更加科學(xué)可行的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和發(fā)展模式，從而有效減少環(huán)境污染，確保作物產(chǎn)量和質(zhì)量的有效提高，進(jìn)而為我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定有序發(fā)展提供保障。

5.1 加大研發(fā)力度，推動(dòng)無人機(jī)設(shè)備和專用部件的研發(fā)創(chuàng)新

在未來的發(fā)展過程中，需要加大研發(fā)力度，促進(jìn)無人機(jī)種類的完善，不斷對(duì)其進(jìn)行細(xì)化、量化和優(yōu)化，也要不斷加強(qiáng)無人機(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品的開發(fā)；需要進(jìn)一步優(yōu)化相應(yīng)技術(shù)噴霧系統(tǒng)的功能，并實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)的有效整合和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果；還需要學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況不斷改進(jìn)，逐步深化和內(nèi)化，進(jìn)而發(fā)展出更高效的、節(jié)能環(huán)保、航空專用的噴嘴檢測(cè)與控制系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)。

5.2 進(jìn)一步深入研究和探索無人機(jī)空中施藥技術(shù)

在農(nóng)業(yè)植保過程中，關(guān)注農(nóng)藥的使用也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，有必要深入研究無人機(jī)空中施藥技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，加強(qiáng)相應(yīng)的理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值分析等內(nèi)容的研究，從而進(jìn)一步明確無人機(jī)氣流場(chǎng)和霧流場(chǎng)的形成和分布規(guī)律；進(jìn)一步明確無人機(jī)的工作參數(shù)，重點(diǎn)分析其對(duì)應(yīng)用效果的影響，并對(duì)其進(jìn)行有效處理；應(yīng)充分考慮霧化性能和相關(guān)噴嘴類型對(duì)空中無人機(jī)霧化性能和噴霧效果的影響。在此基礎(chǔ)上，建立對(duì)應(yīng)不同環(huán)境的航空精密植保模型，提高無人機(jī)保質(zhì)保量的效果。

5.3 制定無人機(jī)噴涂技術(shù)規(guī)范

在無人機(jī)農(nóng)業(yè)植保的發(fā)展過程中，要嚴(yán)格規(guī)范各項(xiàng)噴灑技術(shù)，重點(diǎn)優(yōu)化和完善各項(xiàng)指標(biāo)和制度，為各項(xiàng)工作提供規(guī)范性的指南。在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的過程中，可以參考國(guó)外的植保技術(shù)和噴藥指標(biāo)，并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)。同時(shí)，還應(yīng)注意對(duì)相關(guān)操作人員的培訓(xùn)和考核，使相關(guān)人員能夠充分掌握無人機(jī)的操作指南和相關(guān)要求、落實(shí)各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，確保相關(guān)人員按照規(guī)范操作，全面掌握整個(gè)植保過程和應(yīng)用過程，掌握各種安全隱患并進(jìn)行有效處理，從而為各項(xiàng)工作的有序推進(jìn)和植保效率的提高奠定基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

從以上分析可以看出，無人機(jī)裝備及相關(guān)技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)植保過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并展現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)高效的植保效果。同時(shí)，我們也應(yīng)該注意到，在我國(guó)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的應(yīng)用中還存在一些問題。對(duì)此，我們應(yīng)該探索問題產(chǎn)生的根本原因，并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行處理和解決，從而促進(jìn)無人機(jī)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)更加顯著的農(nóng)業(yè)效益。