小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用探討

雷山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局植保植檢站 吳欽斌

農(nóng)業(yè)一直是我國的關(guān)鍵支撐行業(yè)，影響著民生，農(nóng)業(yè)的發(fā)展在我國的經(jīng)濟(jì)行業(yè)占據(jù)著舉足輕重的地位。在農(nóng)業(yè)植保的應(yīng)用場景中，無人機(jī)能有效提高相關(guān)工作人員的工作效率，保證我國農(nóng)業(yè)植保得到相關(guān)技術(shù)的保駕護(hù)航，在一定程度上緩解了我國目前農(nóng)業(yè)植保的局限性，放大我國農(nóng)業(yè)植保行業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢，提高我國農(nóng)業(yè)作業(yè)的工作效率，降低人工成本，使我國的農(nóng)業(yè)植保相關(guān)技術(shù)水平逐漸趨向國際科技研發(fā)的先進(jìn)水平。

1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)植保的局限性

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提升了小型無人機(jī)的研制水平，加速了其在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的應(yīng)用。但是這項(xiàng)技術(shù)本身具有一定的局限性，在應(yīng)用過程中存在許多問題，嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)植保工作的順利開展，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

一方面，小型無人機(jī)持續(xù)作業(yè)時間不能滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，續(xù)航能力還需進(jìn)一步提升，應(yīng)重點(diǎn)解決相關(guān)問題，比如充電時間短、續(xù)航能力不足等。

另一方面，小型無人機(jī)所具有的功能很難匹配農(nóng)業(yè)病蟲防治施藥工作，比如自動躲避障礙和防摔耐摔等功能。我國是農(nóng)業(yè)大國，每年都有超過18億畝的農(nóng)田等待進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保方面的工作，但由于工作量大，相關(guān)工作人員數(shù)量較少，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到相應(yīng)的工作要求。并且在進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保工作的過程中，農(nóng)藥對于人體有一定的危害，并且在工作中無法避免農(nóng)藥與人體表面接觸。若在農(nóng)業(yè)植保工作過程中不小心將農(nóng)藥濺入眼睛或口鼻中，有可能會導(dǎo)致人體受到損害甚至死亡。

因此，由小型無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)已經(jīng)成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要趨勢，農(nóng)業(yè)植保工作需進(jìn)行機(jī)械智能化改革。

2 小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的發(fā)展情況

2.1 在國際上的發(fā)展?fàn)顩r

無人機(jī)目前在國外主要分為軍用與民用分類，農(nóng)業(yè)植保方面屬于民用型，各國都對無人機(jī)在民用方面的發(fā)展高度重視，尤其是農(nóng)業(yè)航空技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，在相關(guān)的農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中，占比非常重。

從20世紀(jì)末開始，國外的大型農(nóng)業(yè)國家已經(jīng)逐漸把農(nóng)業(yè)作業(yè)轉(zhuǎn)向機(jī)械化，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保上的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛發(fā)展。1990年，日本率先推出了世界上第一款應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保的無人機(jī)，來進(jìn)行噴灑藥物作業(yè)，該項(xiàng)技術(shù)得到了國際上的廣泛關(guān)注，這有利于人口不足、勞動力不足的國家進(jìn)行大面積的農(nóng)業(yè)植保工作，同時在一定程度上也帶動了無人機(jī)的發(fā)展，使得相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)科技水平突飛猛進(jìn)。尤其是對于美國這樣的農(nóng)業(yè)大國而言，農(nóng)業(yè)面積較大，但工作人員較少，因此無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)成為今后發(fā)展趨勢。在農(nóng)業(yè)植保工作方面，無人機(jī)主要用于噴灑藥物、監(jiān)控農(nóng)作物生長狀況，同時通過無人機(jī)的攝像頭也可以將農(nóng)田的相應(yīng)工作狀況進(jìn)行及時反饋，國外的部分農(nóng)業(yè)專家已經(jīng)將無人機(jī)廣泛應(yīng)用到除農(nóng)業(yè)植保外的其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，并且得到了當(dāng)?shù)鼐用竦拇罅φJ(rèn)可，農(nóng)業(yè)發(fā)展更為機(jī)械化智能化。

2.2 在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r

21世紀(jì)初，在國家的積極號召引領(lǐng)下，相關(guān)農(nóng)業(yè)科技研發(fā)人員將無人機(jī)應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)植保方面，大幅度提高了工作效率。我國農(nóng)業(yè)植保的成本費(fèi)用中的60%是人工費(fèi)，在應(yīng)用無人機(jī)后，人工費(fèi)用大大降低，一定程度上也促進(jìn)了我國對農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域發(fā)展資金的投入，從而帶動相關(guān)農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域的企業(yè)能夠蓬勃發(fā)展。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截止到2020年，我國服務(wù)于農(nóng)業(yè)植保工作進(jìn)行無人機(jī)研發(fā)的公司就超過300家，并且根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦巍夂蚧蛘咂渌唧w要求，進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保工作的小型無人機(jī)類型超過170種，可直接應(yīng)用的無人機(jī)超過5000架，這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保方面的應(yīng)用已經(jīng)成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，可有效帶動相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)我國科技研發(fā)水平的提高。

尤其是到2013年，我國農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展到了一個新的技術(shù)臺階，小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化工作當(dāng)中提現(xiàn)了更為重要的作用。雖然無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保當(dāng)中的應(yīng)用大幅度提升了，但相較于國外發(fā)達(dá)國家而言，我國無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用較低，因此，我國小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保方面的應(yīng)用仍然有較大的市場，技術(shù)上還可得到更進(jìn)一步的提升。

3 小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 小型無人機(jī)技術(shù)研究

目前我國的小型無人機(jī)技術(shù)研發(fā)主要由各個高校與相關(guān)技術(shù)研發(fā)公司共同推進(jìn)，相較于國外的無人機(jī)發(fā)展，我國起步慢、發(fā)展緩，因此仍然需要各個行業(yè)繼續(xù)推進(jìn)小型無人機(jī)的技術(shù)研發(fā)。從2004年開始，我國的航空噴灑藥物作業(yè)得到了一定程度上的技術(shù)支持，比如能夠針對不同的農(nóng)作物進(jìn)行定時定量噴灑，既能夠保證比人工的用時短、效率高，同時也能夠比農(nóng)藥噴灑更為均勻，不會出現(xiàn)農(nóng)藥濃度過高而燒傷農(nóng)作物的情況。到2007年，第一臺應(yīng)用在農(nóng)業(yè)植保方面的無人機(jī)正式應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)農(nóng)田當(dāng)中，并取得了佳績，這也給我國的相關(guān)技術(shù)人員提供了莫大的信心與鼓勵，小型無人機(jī)也能夠在農(nóng)業(yè)植保當(dāng)中得到更廣泛的應(yīng)用。

3.2 在矮稈農(nóng)作物中無人機(jī)取得良好效果

矮稈農(nóng)作物主要包括蕎麥雜糧、水稻、大豆等，是我們的主食，因此，為解決我國人口人均糧食水平低下的狀況，提高矮稈農(nóng)作物的生產(chǎn)量是一項(xiàng)必不可少的科學(xué)研發(fā)工作，尤其是雜交水稻研發(fā)成功之后進(jìn)行廣泛種植，可有效解決我國人均糧食占用量低的問題，植保無人機(jī)得到了應(yīng)用的場景，并且取得了良好的效果。無人機(jī)，根據(jù)矮稈農(nóng)作物具體的生長期，適量噴灑農(nóng)藥和營養(yǎng)物，可以有效地抑制農(nóng)田中蟲害與雜草叢生的現(xiàn)象。以雜交水稻為具體案例，應(yīng)用小型無人機(jī)去探查雜交水稻的每一個發(fā)展周期的具體情況，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確定位所需之處并及時噴灑農(nóng)藥或其他營養(yǎng)劑，提高工作效率的同時，還保證具體問題能夠具體解決。尤其是等到雜交水稻成長后期，若是人工勘察農(nóng)田需要花費(fèi)大量的時間，可能還會由于檢測不到位而造成糧食的損失，因此，無人機(jī)能夠更好地代替人工勘察這一任務(wù)，在進(jìn)行巡邏時，還能夠操控小型無人機(jī)，及時反饋種植圖片信息，解決農(nóng)作物種植后期不利于人工流動的問題。除此之外，一些種植地區(qū)地形復(fù)雜且不利于工作人員行走，小型無人機(jī)便可發(fā)揮出重要作用，利用自身輕巧、行動快捷等優(yōu)勢，提前搜集地形地貌等信息，甚至可以采集相關(guān)樣本對植保的工作進(jìn)行提前一步的預(yù)測和安排?？蒲胁块T的調(diào)查研究表明，在使用無人機(jī)之前，我國的植保覆蓋率只能達(dá)到5.6%，但在應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保作業(yè)之后，我國的植保覆蓋面積可達(dá)到20%以上，這有效說明了無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保當(dāng)中的巨大優(yōu)勢以及重要地位。

4 我國小型無人機(jī)技術(shù)缺陷

雖然小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保當(dāng)中的應(yīng)用前景良好，能夠妥善提高農(nóng)業(yè)植保覆蓋率，但是由于我國相關(guān)技術(shù)研發(fā)較國際水平而言，研發(fā)起步晚、時間短造成了一定技術(shù)上的缺陷。

4.1 小型無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用尚待臻于至善

進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保工作的時間長周期，就會在一定程度上導(dǎo)致無人機(jī)的維修費(fèi)用較高，尤其是出現(xiàn)噴頭堵塞、電壓不穩(wěn)等情況。在實(shí)際應(yīng)用中，可能工作人員無法進(jìn)行及時的維修，仍然需要提供人工作業(yè)。目前，我國小型無人機(jī)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)植保工作上的技術(shù)仍然落后于世界平均水平，在真正進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保工作時，需要一定數(shù)量的技術(shù)人員進(jìn)行無人機(jī)的維修以及調(diào)試，但由于技術(shù)人員的緊缺，在實(shí)際應(yīng)用時，會出現(xiàn)無人機(jī)的某個部位損壞之后就會被閑置，而重新啟用另一架無人機(jī)的情況，這無形當(dāng)中也是增加了農(nóng)業(yè)植保工作的成本。對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展而言，時間周期長、成本投入高、回收效率周期長，小型無人機(jī)的應(yīng)用仍然是處于高成本的狀態(tài)，因此，真正應(yīng)用時出現(xiàn)的技術(shù)問題仍然無法得到妥善解決。

4.2 實(shí)際作業(yè)缺乏專業(yè)性

由于工作人員得不到專業(yè)性的技術(shù)指導(dǎo)，實(shí)際應(yīng)用小型無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保作業(yè)時很容易造成無人機(jī)的損壞以及丟失，每臺小型無人機(jī)的造價都比較高昂，但實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的損壞率卻十分高，并且無人機(jī)長期處于戶外工作模式，若操作人員沒有專業(yè)的基礎(chǔ)知識支撐，很容易導(dǎo)致無人機(jī)的使用壽命縮減，甚至是在進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保工作時，導(dǎo)致噴灑農(nóng)藥的濃度對于農(nóng)作物而言，過高或過低，無法精準(zhǔn)控量，這也無形當(dāng)中減少了農(nóng)作物的產(chǎn)量。

4.3 維修網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)缺乏完善性

在鄉(xiāng)村地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)普及雖然較廣泛，但信號較差，無人機(jī)對網(wǎng)絡(luò)信號的要求高，農(nóng)村地區(qū)的各個網(wǎng)點(diǎn)維修維護(hù)程度時常達(dá)不到小型無人機(jī)使用的要求。盡管建設(shè)網(wǎng)點(diǎn)有利于推進(jìn)無人機(jī)的研發(fā)，提高無人機(jī)在工作時的工作效率，但建立新的網(wǎng)點(diǎn)也增加了額外的經(jīng)濟(jì)成本，同時也意味著需要更多的網(wǎng)點(diǎn)維修人員，對于大面積的作業(yè)場地而言，需要的技術(shù)人員數(shù)量更是龐大，對人力、物力及資金的投入提出了更為嚴(yán)峻的要求，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，無法做到廣泛建設(shè)網(wǎng)點(diǎn)，因此，無人機(jī)在工作時也會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號不好的現(xiàn)象。

5 小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用措施

5.1 開展小型無人機(jī)技術(shù)研制

由于在實(shí)際的農(nóng)業(yè)植保工作當(dāng)中會出現(xiàn)各種各樣的狀況，這就需要小型無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，比如具有能夠?qū)崟r監(jiān)測農(nóng)田農(nóng)作物的生長狀況、對特征部位進(jìn)行拍攝、定點(diǎn)定量的進(jìn)行噴灑藥物等一系列功能。要提高小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保作業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用概率，就需要推進(jìn)無人機(jī)的技術(shù)研發(fā)工作，提高無人機(jī)的功能數(shù)量，并且依據(jù)實(shí)際情況對無人機(jī)的部分功能進(jìn)行完善和提高。無人機(jī)在戶外工作，時常會面臨一些比較惡劣的天氣情況，更需要加強(qiáng)無人機(jī)飛行時的穩(wěn)定性和螺旋槳的堅(jiān)固程度。有時也會出現(xiàn)無人機(jī)墜落或損壞的狀況，可能會迫降在稻田某處，因此無人機(jī)還需具備定位功能，以方便工作人員尋找，這也能夠延長無人機(jī)的使用壽命，減少不必要的支出。

5.2 建設(shè)專業(yè)化的服務(wù)隊(duì)伍

專業(yè)化的服務(wù)團(tuán)隊(duì)需要由兩部分人員組成，一部分是進(jìn)行指導(dǎo)的技術(shù)人員，另一部分是實(shí)踐的工作人員。進(jìn)行指導(dǎo)的技術(shù)人員，需要充分了解無人機(jī)的各項(xiàng)功能及注意事項(xiàng)，并且根據(jù)當(dāng)?shù)貞?yīng)用的實(shí)際情況推薦并改善無人機(jī)的功能，使無人機(jī)的功效發(fā)揮到最大，定期對工作人員進(jìn)行專業(yè)理論的補(bǔ)充和應(yīng)用指導(dǎo)，進(jìn)一步提高無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保當(dāng)中的應(yīng)用效率。實(shí)際操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保工作的工作人員，應(yīng)積極主動地接受專業(yè)的理論知識培訓(xùn)，同時在使用無人機(jī)的過程當(dāng)中必須嚴(yán)格規(guī)范地操作。工作人員的操作狀況直接影響了無人機(jī)的使用壽命，規(guī)范的操作可大大保證使用壽命不被縮減，并且將使用過程當(dāng)中的問題及時反饋給專業(yè)技術(shù)人員以將其解決。如此一來，在技術(shù)人員的專業(yè)指導(dǎo)，以及工作人員的正規(guī)操作下，無人機(jī)可能夠最大程度地發(fā)揮其優(yōu)勢，解決農(nóng)業(yè)植保當(dāng)中的具體問題，使農(nóng)業(yè)植保工作效率最大化，促進(jìn)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域當(dāng)中得到發(fā)展。

5.3 完善維修網(wǎng)點(diǎn)

小型無人機(jī)的成本較高，并且對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求較高，因此維修網(wǎng)點(diǎn)是必不可少的。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，大面積修建網(wǎng)點(diǎn)是不實(shí)際的，只有在原有的基礎(chǔ)上對網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行妥善的維修，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，才有可能滿足無人機(jī)工作時的網(wǎng)絡(luò)要求。在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量允許的情況下，能夠減少無人機(jī)數(shù)據(jù)傳送的時間，同時能夠減少實(shí)時監(jiān)控圖像傳送的延遲情況，工作人員在進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保工作時，也可快速了解該片農(nóng)田的具體情況，當(dāng)出現(xiàn)問題時，能夠第一時間去現(xiàn)場解決。高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)也可使無人機(jī)快速反應(yīng)，當(dāng)有突發(fā)情況時，工作人員對于無人機(jī)的操控也能更為靈敏，更為便捷。對整體農(nóng)業(yè)植保工作而言，維修網(wǎng)點(diǎn)是占比較大的一環(huán)，高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)能夠提高無人機(jī)的工作效率，提高工作人員對無人機(jī)操控的靈敏度。

5.4 建立健全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一和健全無人機(jī)行業(yè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，能夠大幅度的提高無人機(jī)在農(nóng)業(yè)當(dāng)中的具體應(yīng)用，同時保證無人機(jī)的制作水平以及生產(chǎn)質(zhì)量，極大程度上規(guī)范相應(yīng)行業(yè)生產(chǎn)水平，有效統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是未來無人機(jī)發(fā)展當(dāng)中必不可少的，也是大勢所趨。

6 結(jié)語

農(nóng)業(yè)植保在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展當(dāng)中很重要，它是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，提高農(nóng)業(yè)植保的工作效率還是目前農(nóng)業(yè)科技研究的熱點(diǎn)。小型無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用能夠恰好保證農(nóng)業(yè)植保工作較為處于高效，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的科技水平，減少我國農(nóng)業(yè)植保相關(guān)技術(shù)水平與國際先進(jìn)技術(shù)水平的差距，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展。