無人機(jī)在現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用研究

黃益敬

（蒼南縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 溫州 325800）

0 前言

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)田管理、病蟲害防治、農(nóng)藥噴灑、環(huán)保測(cè)評(píng)等方面越來越成熟，并且已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，比如森林消防救援和農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境保護(hù)等。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)備受關(guān)注。用于農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)的無人駕駛飛機(jī)，主要是通過地面遙控或GPS飛控來實(shí)現(xiàn)噴灑藥劑，無人機(jī)植保作業(yè)與傳統(tǒng)植保作業(yè)相比，具有精準(zhǔn)作業(yè)、高效環(huán)保、智能化、操作簡單等特點(diǎn)，為農(nóng)戶節(jié)省采購大型機(jī)械和大量人力的成本，適應(yīng)復(fù)雜的山地環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智慧精準(zhǔn)和信息化農(nóng)業(yè)[1-2]。

習(xí)近平總書記曾經(jīng)指出，中國人的飯碗要牢牢端在自己手里。而糧食問題關(guān)系到民生根本、國家大計(jì)。中國是世界上最早種植水稻的國家，而水稻病蟲害防治是農(nóng)業(yè)植保中重要的內(nèi)容之一，如何更精準(zhǔn)地管理和噴灑農(nóng)藥對(duì)無人機(jī)技術(shù)提出了更高要求，從早期手動(dòng)式噴灑器到背負(fù)式噴霧器，再到現(xiàn)在的無人機(jī)技術(shù)的迭代升級(jí)和應(yīng)用無不體現(xiàn)農(nóng)業(yè)智慧。而隨著土地流轉(zhuǎn)的加快，農(nóng)村勞動(dòng)力不斷減少和老齡化加劇，農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的需求也在逐步加大，農(nóng)機(jī)專業(yè)組織、種糧大戶、家庭農(nóng)場、農(nóng)業(yè)合作社對(duì)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的需求越來越旺盛，未來市場比較樂觀，如何應(yīng)用農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的問題。

1 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)無人機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向

無人機(jī)已逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保病蟲害防治、追肥施藥過程當(dāng)中。未來無人機(jī)在民用綜合領(lǐng)域和專業(yè)領(lǐng)域上不斷普及和發(fā)展，其主要優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向如下。

1.1 主要優(yōu)點(diǎn)

1）安全性高。無人機(jī)具有穩(wěn)定性，可靠性，發(fā)生故障會(huì)自動(dòng)返航。

2）便于維護(hù)。無人機(jī)操作簡單靈活，維護(hù)和保養(yǎng)簡便，維護(hù)成本低。

3）適應(yīng)環(huán)境。對(duì)起降場地?zé)o特殊要求，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，抗風(fēng)能力、抗擊打能力強(qiáng)[3]。

1.2 主要發(fā)展方向

1）載重機(jī)型。未來發(fā)展機(jī)型如農(nóng)林調(diào)查、氣象監(jiān)測(cè)、森林救災(zāi)、環(huán)境保護(hù)、新聞報(bào)道、邊防巡邏等將成為行業(yè)主流。農(nóng)業(yè)無人機(jī)早期機(jī)型以10 L為主，逐步發(fā)展到15 L、30 L、100 L，在一定范圍內(nèi)載重量不斷增加，滿足了不同需求。

2）噴灑技術(shù)。目前常見的霧化方式有離心噴灑和壓力噴灑系統(tǒng)，離心式噴灑具有流量大、粉劑適應(yīng)性強(qiáng)的特性，在果樹上更有優(yōu)勢(shì)；而壓力式屬于常規(guī)霧化，優(yōu)勢(shì)在于成本低，穿透能力稍強(qiáng)。

3）定位技術(shù)。定位方式目前普遍采用的是GNSS衛(wèi)星定位，精度為米級(jí)，簡單易用。而RTK高精度定位技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)定位精度，以建圖測(cè)繪、果樹作業(yè)等技術(shù)為前提，實(shí)現(xiàn)空地一體化技術(shù)[4-6]。

2 植保無人機(jī)在智慧農(nóng)業(yè)、農(nóng)險(xiǎn)理賠中的應(yīng)用

小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的使用范圍和使用次數(shù)逐漸提升，作用也越來越明顯，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)以后，還需向智慧農(nóng)業(yè)及農(nóng)險(xiǎn)理賠進(jìn)一步應(yīng)用。

2.1 無人機(jī)在植保和噴灑方面的應(yīng)用

1）進(jìn)行農(nóng)田噴藥作業(yè)智能感知。利用小型無人機(jī)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行噴藥作業(yè)時(shí)，能夠搭載15 kg的藥水，一天的作業(yè)面積能夠達(dá)到30 hm2以上，相當(dāng)于傳統(tǒng)的人工噴藥作業(yè)50人一天的作業(yè)量，不會(huì)重復(fù)施藥，能夠起到預(yù)警感知的作用。

2）智能進(jìn)行人工除草精準(zhǔn)度分析。因?yàn)樾⌒蜔o人機(jī)在農(nóng)業(yè)測(cè)繪時(shí)利用遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)行精細(xì)化多光譜鏡頭，可進(jìn)行出苗、雜草分析和研判，為后續(xù)精準(zhǔn)變量噴灑農(nóng)藥提供了實(shí)現(xiàn)的可能[7-9]。

3）實(shí)現(xiàn)專家在線指導(dǎo)助力決策。農(nóng)業(yè)無人機(jī)是農(nóng)業(yè)裝備的一種機(jī)械，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場無人機(jī)各種傳感器節(jié)點(diǎn)為專家在線指導(dǎo)。如水稻病蟲害，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，幫助農(nóng)戶智能分析蟲害情況，提出解決辦法[10]。圖1為無人機(jī)在水稻田噴藥作業(yè)。

圖1 無人機(jī)在水稻田噴藥作業(yè)

2.2 無人機(jī)在農(nóng)險(xiǎn)理賠方面的應(yīng)用

農(nóng)作物的生長常常受自然條件的影響，而無人機(jī)應(yīng)用后農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)賠付添加到了無人機(jī)業(yè)務(wù)當(dāng)中。這是老百姓口中的“靠天吃飯”，一旦農(nóng)民受自然災(zāi)害天氣的影響，那么農(nóng)作物就會(huì)遭受損失。而無人機(jī)在農(nóng)險(xiǎn)理賠中發(fā)揮了重要作用，大大降低了損失程度，減少了農(nóng)民承受壓力。

3 智慧農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)現(xiàn)狀及不足

以溫州蒼南縣為例，該縣植保無人機(jī)起步比較晚，但發(fā)展速度比較快。得益于目前無人機(jī)有了核心的科學(xué)技術(shù)，先進(jìn)成熟的電動(dòng)雙旋翼無人機(jī)在溫州蒼南得到了廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可。

3.1 蒼南縣農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)現(xiàn)狀

蒼南縣常住人口84萬，水稻種植面積15萬畝，植保作業(yè)投入勞動(dòng)力少，手動(dòng)式噴灑器與背負(fù)式噴霧器分別占該縣植保機(jī)械10%和20%，無人機(jī)植保占70%。傳統(tǒng)噴霧機(jī)器械工作效率低下，作業(yè)時(shí)間長，農(nóng)藥利用率不高，防治病蟲害效果不佳，甚至還會(huì)造成環(huán)境污染，起不到控藥的作用，而農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)卻能很好地實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。有人曾預(yù)言“無人機(jī)的未來在農(nóng)業(yè)”。的確，當(dāng)人們?cè)噲D在城市里將無人機(jī)用于航拍、物流、娛樂時(shí)，發(fā)現(xiàn)會(huì)受到空域管制、公共安全等多方面的限制。而在廣闊的田間地頭，飛防滲透率有巨大差異，助推了農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展。截至2019年7月，蒼南縣共有8家飛防企業(yè)，無人機(jī)保有量50臺(tái)，其中極飛6臺(tái)，有執(zhí)照的無人機(jī)駕駛員共32人，駕駛員年齡為25～40歲，年齡結(jié)構(gòu)呈年輕化趨勢(shì)。

3.2 蒼南農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)存在的問題

1）續(xù)航里程時(shí)間短。以極飛無人機(jī)型為例，該機(jī)型主要采用鋰聚合物電池作為主要?jiǎng)恿碓?，續(xù)航一般在15至20分鐘之間，這是農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)一個(gè)致命的短板，如何延長續(xù)航時(shí)間，解決無人機(jī)瓶頸問題迫在眉睫，另外無人機(jī)載重量較輕。2）農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)價(jià)格偏貴，因無人機(jī)類型不同，價(jià)格也有所不同，雙旋翼無人機(jī)以極飛無人機(jī)為例，目前市場30 kg載重量價(jià)格為5萬元左右，加上全套噴藥系統(tǒng)則達(dá)到8萬元～10萬元。3）無人機(jī)專業(yè)飛手和維修人員缺乏。目前取得無人機(jī)專業(yè)飛手和專業(yè)維修資格的人員很少，基本上都是生產(chǎn)廠家的專業(yè)技術(shù)人員，像農(nóng)民經(jīng)濟(jì)合作社、家庭農(nóng)場等組織沒有自己的專業(yè)飛手和維修人員，必須邀請(qǐng)生產(chǎn)廠家來人操作和維修，導(dǎo)致農(nóng)民購買有所顧慮和擔(dān)心。農(nóng)用植保無人機(jī)調(diào)查表如表1所示。

表1 蒼南縣農(nóng)用植保無人機(jī)情況調(diào)查表（2019年1月1日—2019年7月17日）

4 智慧農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的建議措施

從目前無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用情況可以看出無人機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展和機(jī)器換人起到關(guān)鍵作用，無人機(jī)技術(shù)的成熟和快速發(fā)展能夠體現(xiàn)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。然而在當(dāng)前，我國無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)植保應(yīng)用當(dāng)中仍處在初級(jí)階段，距智慧現(xiàn)代農(nóng)業(yè)還有很長的路要走，如何解決目前智慧農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)方面的難題，是我國亟待解決的問題。

4.1 加快科技研發(fā)，解決續(xù)航問題

目前，農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中切實(shí)起到了機(jī)器換人的作用，但是存在著無人機(jī)蓄電池飛行續(xù)航時(shí)間里程短的問題。建議科研團(tuán)隊(duì)從這方面加快對(duì)小型無人機(jī)技術(shù)的研發(fā)升級(jí)改造，使其具有更強(qiáng)續(xù)航能力，特別是提高其負(fù)載承載量，同時(shí)要滿足快速充電能力。像極飛無人機(jī)這款快速充電的電池只需5分鐘就可以充滿，飛行航行時(shí)間約15～20分鐘。

4.2 政府部門出臺(tái)相關(guān)激勵(lì)政策

政府相關(guān)部門出臺(tái)相關(guān)支農(nóng)惠農(nóng)政策，加大財(cái)政扶持力度，從而降低農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)購買成本，激發(fā)農(nóng)戶購買需求和意愿。據(jù)了解，目前還有多省份農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)型未納入財(cái)政補(bǔ)貼目錄，無人機(jī)價(jià)格讓農(nóng)戶猶豫不定。因此，出臺(tái)相關(guān)財(cái)政政策，激勵(lì)支持應(yīng)用農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)飛防事業(yè)，可以節(jié)約大量人力物力，節(jié)約農(nóng)業(yè)投入成本，減少環(huán)境面源污染，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

4.3 培養(yǎng)專業(yè)飛手和維修人員

由于消費(fèi)者對(duì)大型無人機(jī)的購買能力較低，企業(yè)研發(fā)成本較高，而小型無人機(jī)能更好地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保，需要成立相關(guān)的專業(yè)農(nóng)業(yè)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)技術(shù)人員，指導(dǎo)農(nóng)民正確使用，避免不規(guī)范的操作對(duì)無人機(jī)產(chǎn)生的損害，同時(shí)要持續(xù)培養(yǎng)無人機(jī)專業(yè)飛手和專業(yè)資格技術(shù)人員負(fù)責(zé)維修作業(yè)，還要建立健全維修網(wǎng)點(diǎn)，提升服務(wù)質(zhì)量。無人機(jī)一旦出現(xiàn)故障能及時(shí)快速進(jìn)行維修，同時(shí)也可提供保養(yǎng)服務(wù)，直接降低農(nóng)戶對(duì)無人機(jī)的整體運(yùn)營成本，激發(fā)消費(fèi)者的購買意愿，提高小型無人機(jī)的使用數(shù)量和擴(kuò)大范圍，形成市場良性循環(huán)。

4.4 加大信息宣傳力度

植保無人機(jī)具有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，才能真正讓農(nóng)戶有購買愿望。政府部門需要加大政策引導(dǎo)，企業(yè)部門需要加大科研成果展示，通過政策與技術(shù)合力，形成重要載體，營造植保無人機(jī)家喻戶曉的濃厚氛圍。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行綜述，闡明了無人機(jī)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用及重要意義，提出進(jìn)一步研發(fā)續(xù)航時(shí)間長、載荷能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、定位精準(zhǔn)的農(nóng)用無人機(jī)以及未來相配套的遙感數(shù)據(jù)后處理方法。將其應(yīng)用在農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)分析、病蟲害情況監(jiān)測(cè)、作物種植面積測(cè)算、作物追肥施肥及其生長狀況實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)中，能夠快速判斷、精準(zhǔn)決策，推動(dòng)現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，為未來農(nóng)業(yè)無人機(jī)的精準(zhǔn)生產(chǎn)指明了方向，同時(shí)滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)植保和廣大農(nóng)戶需求，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，為“三農(nóng)”保駕護(hù)航，助力鄉(xiāng)村振興。