植保無人機(jī)施藥技術(shù)在大田作物生產(chǎn)中的應(yīng)用

普照，倪潤，黃曉芳，李君，李林科

摘要：我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物種植過程中會因?yàn)椴∠x害等因素發(fā)生病變，降低作物產(chǎn)出的質(zhì)量和產(chǎn)量，強(qiáng)化病蟲害的防治技術(shù)成為當(dāng)下農(nóng)業(yè)中研究的主要課題。植保無人機(jī)的出現(xiàn)提高了農(nóng)作物生產(chǎn)中施藥的效率，在病蟲害防治工作中起到了極明顯的作用。下述內(nèi)容主要論述植保無人機(jī)施藥技術(shù)在大田農(nóng)作物生產(chǎn)中的特征，從優(yōu)勢以及缺陷兩個方面闡述，并對該項(xiàng)技術(shù)以及應(yīng)用進(jìn)行分析，望為強(qiáng)化大田農(nóng)作物產(chǎn)量提供幫助。

關(guān)鍵詞：植保無人機(jī);施藥技術(shù);大田作物生產(chǎn)

1 前言

植物保護(hù)工作是提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保證農(nóng)作物質(zhì)量的基礎(chǔ)，和我國糧食安全、生態(tài)穩(wěn)定以及發(fā)展有密切關(guān)聯(lián)。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷壯大、擴(kuò)展的過程中，有關(guān)植保工作的要求與標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，噴灑農(nóng)藥是農(nóng)作物種植中使用次數(shù)最高、最簡便的方式，可以起到病蟲害防治的作用，但傳統(tǒng)的農(nóng)藥噴灑多為人工操作，效率無法保證，若操作不當(dāng)還會對操作人員造成生命威脅。植保無人機(jī)施藥技術(shù)的出現(xiàn)，改善了這一局面，在強(qiáng)化噴灑效率的同時，也可以快速適應(yīng)作業(yè)環(huán)境，提高農(nóng)藥的使用效率。由此可以看出，該項(xiàng)技術(shù)是保證我國糧食以及食品安全的關(guān)鍵，也是農(nóng)業(yè)科技的一次重要突破，更是我國農(nóng)業(yè)進(jìn)步發(fā)展的主要體現(xiàn)。

2 植保無人機(jī)的內(nèi)涵以及使用原則

2.1 植保無人機(jī)的內(nèi)涵

植保無人機(jī)又被稱作無人飛行器，由多項(xiàng)功能組合而成，其中包括飛行平臺、導(dǎo)航飛空以及噴灑機(jī)構(gòu)等。工作原理主要為，通過人為操控的方式在地面開展遙控或是自動導(dǎo)航農(nóng)作物噴灑工作，例如噴灑種子、農(nóng)藥等。該項(xiàng)技術(shù)多用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域以及林業(yè)保護(hù)領(lǐng)域，與傳統(tǒng)人工病蟲害防治方式相比，該項(xiàng)技術(shù)具有尺寸小、效率高、成本低、用藥省等優(yōu)勢。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查報告來看，當(dāng)下我國農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的發(fā)展體系還有待進(jìn)一步完善，但近些年植保無人機(jī)的使用次數(shù)、作業(yè)面積幅度不斷提升，這表明其對于農(nóng)業(yè)的作用價值頗為顯著。當(dāng)下我國植保無人機(jī)技術(shù)以及產(chǎn)品性能質(zhì)量不一，可以單獨(dú)完成高強(qiáng)度以及大面積噴灑作業(yè)的植保無人機(jī)數(shù)量少之又少。

2.2 植保無人機(jī)的使用原則

首先，綠色防控專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治原則。該項(xiàng)原則的核心宗旨為“服務(wù)農(nóng)民以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)”，以“公共植保、綠色植保、科學(xué)植?！钡睦砟钜约邦A(yù)防為主要內(nèi)容，踐行綜合防治的植保方針以及政府支持、市場運(yùn)作、種植人員自愿、循序漸進(jìn)的原則，并以防治病蟲作業(yè)專業(yè)化服務(wù)的農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體為主要依托，圍繞農(nóng)作物病蟲害的綠色防治工作，打造專業(yè)、綠色防控防治工作示范基地，嚴(yán)格遵循安全、有效、生態(tài)環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)要求，開展不同生態(tài)區(qū)、不同農(nóng)作物、不同靶標(biāo)的有效安全、便捷易行且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的綠色防控技術(shù)模式，在結(jié)合病蟲害預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，開展農(nóng)業(yè)防治工作，借助生態(tài)、綠色的物理防治舉措，科學(xué)規(guī)范的噴灑農(nóng)作物農(nóng)藥;把“強(qiáng)化防治效果、降低資金人力成本、削減農(nóng)藥使用量、強(qiáng)化生產(chǎn)質(zhì)量”當(dāng)做主要目標(biāo)，開展農(nóng)作物病蟲害防治服務(wù)組織工作，不斷的開拓服務(wù)領(lǐng)域、擴(kuò)增服務(wù)范圍，全面性的提高病蟲害防控能力的專業(yè)水準(zhǔn)，達(dá)成病蟲綜合治理，農(nóng)藥減量控害的目標(biāo)。

其次，應(yīng)遵循強(qiáng)化農(nóng)民使用積極性的原則。將農(nóng)民作為工作開展的出發(fā)點(diǎn)，強(qiáng)化植保無人機(jī)施藥技術(shù)的宣傳力度，激發(fā)農(nóng)民參與使用的主動性，在其自愿的基礎(chǔ)上開展作業(yè)，并組織村民集體觀摩，進(jìn)一步強(qiáng)化他們的參與興趣。以減輕農(nóng)民資金投入成本、人工投入數(shù)量為主要目的，讓農(nóng)民群眾切實(shí)感受到統(tǒng)防統(tǒng)治工作的價值，以此提高他們參與的積極性。把專業(yè)化服務(wù)、社會化服務(wù)當(dāng)做植保工作專業(yè)化的主要突破點(diǎn)，通過服務(wù)帶動作用，強(qiáng)化區(qū)域?qū)I(yè)化服務(wù)水準(zhǔn)[1]。

3 植保無人機(jī)施藥關(guān)鍵技術(shù)

3.1 變量施藥技術(shù)

相較于以往的施藥技術(shù)，該種方式可以依據(jù)病蟲害的實(shí)際狀況以及農(nóng)作物的播種疏密度把控用藥量，降低農(nóng)藥過度使用問題發(fā)生概率，節(jié)省該方面資金投入的同時也能強(qiáng)化整體防治的效果。當(dāng)下，該項(xiàng)施藥系統(tǒng)主要使用脈寬調(diào)制技術(shù)，利用占空比的調(diào)整把控隔膜泵的轉(zhuǎn)速，以此達(dá)成調(diào)節(jié)農(nóng)藥噴灑量的目的。該項(xiàng)技術(shù)具有極強(qiáng)的實(shí)用性。我國有農(nóng)業(yè)學(xué)者曾就脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了變量噴灑施藥測量控制系統(tǒng)，可以利用軟件的方式遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)完成施藥工作，并調(diào)整施藥狀態(tài)以及施藥參數(shù)。此外，研究學(xué)者還就地面站的應(yīng)用以及多傳感融合工作，跟蹤了施藥的參數(shù)以及具體情況，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)的飛行流量以及速度可以滿足植物病蟲害防治的相關(guān)要求，同時還能有效減少霧滴沉積量，達(dá)成節(jié)約成本，強(qiáng)化作業(yè)效率的作用[2]。

3.2 避障技術(shù)

我國農(nóng)田環(huán)境具有復(fù)雜的特性，這一特性也提高了無人機(jī)施藥的操作難度，同時也給施藥的安全性能帶來了一定影響，鑒于此，就應(yīng)強(qiáng)化無人機(jī)的自主避障功能。障礙物的形態(tài)、分布差異較為明顯，在設(shè)計(jì)避障技術(shù)時，應(yīng)注重其自主識別功能。以激光位移傳感器技術(shù)為例，該項(xiàng)技術(shù)時植保無人機(jī)中一項(xiàng)全新的避障檢測方式?？梢栽谖粗h(huán)境下正確檢測出前方障礙物的詳細(xì)角度以及實(shí)際距離，還可以對作業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)頻率較高的障礙物做出精準(zhǔn)判斷，辨別其類型，自主完成避障。該項(xiàng)技術(shù)具有控制精準(zhǔn)度高、安全性能強(qiáng)、穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢，有著極為突出的應(yīng)用價值[3]。

3.3 霧滴檢測技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)可在霧滴沉積特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析無人機(jī)噴灑作業(yè)完成的質(zhì)量。當(dāng)下使用頻率最高的方式為霧滴密度檢測法以及50%有效沉積量判斷法，在挑選時應(yīng)結(jié)合無人機(jī)噴灑霧滴的粒徑遴選恰當(dāng)方式。前者不可用于霧滴重疊中，會有一定概率出現(xiàn)誤差現(xiàn)象，鑒于此，再結(jié)合霧滴沉積分布特點(diǎn)以及工作效率需求之后，建議選擇后者確定有效噴灑幅度。我國研究學(xué)者曾提議，可以使用紅外線熱成像技術(shù)開展作用，利用采集到的區(qū)域噴灑作業(yè)后環(huán)境的熱差數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)把握分布濃度以及范圍數(shù)據(jù)。該種方式具有便捷、無需接觸的優(yōu)勢。此外，還可以利用激光雷達(dá)反射原理開展霧滴分布測量工作，相較于人工測量，該種方式所得結(jié)果誤差值極小，且具備掃描時效高、精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢。

4 植保無人機(jī)施藥技術(shù)應(yīng)用到大田作物生產(chǎn)中的概述

4.1 植保無人機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)

首先，該種方式具備操作簡單，可明顯降低人工噴灑作業(yè)發(fā)生安全隱患問題的概率。人工噴灑是我國傳統(tǒng)農(nóng)藥噴灑方式，農(nóng)民在操作過程中會吸入大量的農(nóng)藥，誘發(fā)農(nóng)藥中毒事件，給農(nóng)民群眾的生命安全造成威脅。鑒于此，為了降低該種不良事件的發(fā)生率，我國引入了植保無人機(jī)替代人工農(nóng)藥噴灑工作，以此完成農(nóng)作物病蟲害預(yù)防工作。該項(xiàng)技術(shù)具備自重輕、體積小等優(yōu)勢，此外操作簡便，不需要學(xué)習(xí)掌握大量的理論知識，非常適用于農(nóng)業(yè)工作人員。在了解該項(xiàng)技術(shù)操作方式時，只需要通過口述講解以及指導(dǎo)的方式，即可幫助農(nóng)民群眾正確掌握該項(xiàng)技術(shù)操作辦法，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工噴灑的不足之處，為農(nóng)民群眾的生命安全提供了保障[4]。

其次，還可以提高農(nóng)藥的使用效率，避免過多殘余農(nóng)藥對土地造成污染。在使用該項(xiàng)技術(shù)開展大田農(nóng)作物噴灑作業(yè)時，施藥效率顯著高于傳統(tǒng)設(shè)備施藥以及人工施藥。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一架植保無人機(jī)的施藥面積可達(dá)10hm2/h，效率為人工施藥的80倍，可以有效縮短藥物噴灑所需時間。以往人工噴灑會讓大量藥物滯留在農(nóng)作物的頂端，該種方式并不能讓農(nóng)藥順利作用到農(nóng)作物中，甚至殘余的農(nóng)藥還會滴入土壤之中，破壞土壤環(huán)境。而使用植保無人機(jī)施藥技術(shù)，可以有效避開這些問題，該種技術(shù)可以將藥物以霧狀的方式均勻的噴灑在每一個植物的角落，強(qiáng)化了藥物的使用效率，藥物會直接作用在農(nóng)作物上，并不會滴落如土壤中，降低了農(nóng)藥對土壤的破壞概率。

最后，該項(xiàng)技術(shù)占地面積小，且施藥作業(yè)具有高度的靈活性。在開展農(nóng)作物病蟲害防治工作的過程中，使用植保無人機(jī)有著極高的價值，其自身體型優(yōu)勢可以避免地形束縛，順利完成農(nóng)藥噴灑工作，噴灑范圍廣，可有效提升施藥的效率，消滅對農(nóng)作物有害的害蟲，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量以及質(zhì)量[5]。

4.2 植保無人機(jī)的不足之處

植保無人機(jī)在我國屬于新興技術(shù)，研究使用尚處在起步階段，雖然發(fā)展速度不斷加快，但并未真正掌握核心技術(shù)，故此，在實(shí)踐應(yīng)用中仍存在諸多不足之處。

首先，缺少與植保無人機(jī)相匹配的農(nóng)藥。農(nóng)藥是植保無人機(jī)作業(yè)中的主要材料，故此對其要求標(biāo)準(zhǔn)也較高，農(nóng)藥需要具備霧化、耐蒸發(fā)、密度高、附著性能好的優(yōu)勢。但我國植保無人機(jī)發(fā)展尚不成熟，國內(nèi)一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)還沒研制出針對該項(xiàng)技術(shù)專用的農(nóng)藥產(chǎn)品，在開展植保無人機(jī)噴藥作業(yè)過程中只能使用普通農(nóng)藥，大大降低了植保能力的運(yùn)用;其次，缺少和植保無人機(jī)技術(shù)相關(guān)聯(lián)的規(guī)范以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這一問題的存在使得農(nóng)藥在噴灑作業(yè)中時常會出現(xiàn)噴灑不均勻、量不足、易散落等問題;最后，缺乏完善的操作人員培訓(xùn)系統(tǒng)。我國大部分的植保無人機(jī)都是通過人工操控的方式完成農(nóng)藥噴灑作業(yè)，一些農(nóng)民在購入無人機(jī)后會因?yàn)闊o法正確操作，影響自主作業(yè)的效率。雖然一些廠家會開展技術(shù)培訓(xùn)，但農(nóng)民操作的技術(shù)與專業(yè)飛手的技能要求仍有一定距離，很容易出現(xiàn)無人機(jī)噴灑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)問題。

5 將植保無人機(jī)施藥技術(shù)運(yùn)用到大田作物中的主要措施

5.1 主管部門應(yīng)擬定植保無人機(jī)統(tǒng)一安全使用的標(biāo)準(zhǔn)

我國民航局針對無人機(jī)的規(guī)范使用以及健康發(fā)展，推出了各項(xiàng)通知規(guī)定，并對無人機(jī)駕駛員的管理擬定了規(guī)范條例。但我國對農(nóng)藥植保無人機(jī)的使用規(guī)范還不健全，并沒有明確限制分型高度、速度、溫度以及后期維護(hù)等，且缺少統(tǒng)一的安全使用標(biāo)準(zhǔn)。其次，植保無人機(jī)的主要作用對象為農(nóng)作物，主要工作目標(biāo)為農(nóng)作物的農(nóng)藥噴灑，但當(dāng)下有關(guān)該項(xiàng)技術(shù)專用的藥劑開發(fā)有待提升，且農(nóng)藥的具體用量缺少明文規(guī)定，主要依靠人工噴灑經(jīng)驗(yàn)以及地面噴灑標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行。面對這些問題，有關(guān)部門應(yīng)與農(nóng)村合作社以及植保無人機(jī)生產(chǎn)商進(jìn)行合作，擬定具有針對性、科學(xué)性、規(guī)范性的作業(yè)條例，確保噴灑工作的標(biāo)準(zhǔn)性，避免推廣使用過程中出現(xiàn)不必要的問題。

5.2 應(yīng)盡快研制無人機(jī)專用藥劑以及施藥技術(shù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

植保無人機(jī)使用的農(nóng)藥藥劑和傳統(tǒng)人工噴灑農(nóng)藥藥劑不同，缺少專業(yè)、相匹配的農(nóng)藥產(chǎn)品，便會使得植保無人機(jī)的植保能力無法完全發(fā)揮出來。此外，還會影響農(nóng)作物病蟲害的防治效果。鑒于此，相關(guān)部門應(yīng)整理歸納植保無人機(jī)的使用特征，創(chuàng)建和其相對應(yīng)的專用藥劑以及施藥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以此達(dá)成植保無人機(jī)推廣使用的目的。

5.3 強(qiáng)化植保無人機(jī)操作專業(yè)培訓(xùn)力度

針對無人機(jī)駕駛操作問題，可以開展無人機(jī)駕駛培訓(xùn)工作，以此擴(kuò)大植保無人機(jī)的推廣范圍，為其發(fā)展進(jìn)步提供便利條件。相關(guān)部門可以和農(nóng)業(yè)合作社聯(lián)手，安排專業(yè)技術(shù)人員開展植保無人機(jī)農(nóng)戶操作培訓(xùn)活動，通過技術(shù)指導(dǎo)、操作流程講解等工作，讓農(nóng)民正確掌握植保無人機(jī)的操作方式，強(qiáng)化該項(xiàng)技術(shù)的作業(yè)效率。此外，也要對無人機(jī)操作人員開展定期培訓(xùn)工作，并做好實(shí)踐檢驗(yàn)應(yīng)技術(shù)考核工作，保證技術(shù)人員技能操作的規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性，強(qiáng)化該項(xiàng)技術(shù)的安全性能，推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

5.4 提高研發(fā)投入，開展農(nóng)用植保無人機(jī)的升級改造工作

針對上述提到的我國植保無人機(jī)缺乏核心技術(shù)支持以及發(fā)展不成熟問題，相關(guān)部門可以在現(xiàn)有無人機(jī)的基礎(chǔ)上，對植保無人機(jī)的飛行平臺進(jìn)行優(yōu)化改造。在這一過程中，主要資金消耗點(diǎn)在于無人機(jī)的作業(yè)系統(tǒng)以及智能操作系統(tǒng)，資金消耗數(shù)額較大，部門應(yīng)站在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的角度考慮，將其納入我國科研技術(shù)發(fā)展規(guī)劃之中，創(chuàng)建專門的科研機(jī)構(gòu)鉆研生產(chǎn)，加快其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度。

6 植保無人機(jī)施藥技術(shù)未來展望

6.1 強(qiáng)化其移動操作平臺的安全性與穩(wěn)定性

在智能時代中，應(yīng)不斷增加植保無人機(jī)中涵蓋的智能功能，將其與移動智能端相結(jié)合，讓其順應(yīng)時代發(fā)展腳步不斷前進(jìn)。這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)主要是方便農(nóng)民群眾的操作，使其可以通過手機(jī)APP直接操控植保無人機(jī)完成上升、懸停、航線規(guī)劃、導(dǎo)航等工作，這也是對植保無人機(jī)避障功能的完善，可以有效提高該項(xiàng)技術(shù)的操作性，解決植保無人機(jī)精準(zhǔn)度無法提升的問題。

6.2 強(qiáng)化載量以及續(xù)航時長

承載質(zhì)量小、續(xù)航時間短是當(dāng)下植保無人機(jī)的主要缺陷，使得其無法更好的參與到農(nóng)作物的農(nóng)藥噴灑作業(yè)中。故此，在之后的研發(fā)優(yōu)化過程中，應(yīng)強(qiáng)化其載量以及續(xù)航時長，讓其可以推動農(nóng)業(yè)的進(jìn)步發(fā)展。

7 結(jié)語

植保無人機(jī)在我國大田作業(yè)病蟲害防治工作中利用自身適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、用藥省、成本低等優(yōu)勢進(jìn)一步提高了農(nóng)作物農(nóng)藥噴灑的質(zhì)量和效率，在其不斷發(fā)展過程中，得到了政府部門、農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)的重視和認(rèn)可，有著極為廣闊的發(fā)展空間。但我國該項(xiàng)技術(shù)尚處在起步階段，仍存有一些問題需要我們不斷鉆研、解決，若想強(qiáng)化植保無人機(jī)的作用價值，就應(yīng)加強(qiáng)其普及率以及使用頻率，相關(guān)工作部門應(yīng)提高經(jīng)濟(jì)投入占比，擴(kuò)增其數(shù)量，并盡快研制配套農(nóng)藥藥劑，培養(yǎng)更多的飛行人員，推動該項(xiàng)技術(shù)的推廣使用。

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