植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

俞康 何凱 何曾

1、重慶三峽學(xué)院 2、閩南師范大學(xué) 3、三亞學(xué)院

引言

最近幾年，我國(guó)無(wú)人機(jī)得到飛速發(fā)展，如國(guó)內(nèi)知名品牌大疆DJI、億航、極飛科技、致睿智控等，使無(wú)人機(jī)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)這些公司把研發(fā)無(wú)人機(jī)的功能重心轉(zhuǎn)移到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如植保無(wú)人機(jī)就是其中一種，我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)、有18億畝農(nóng)用地，每年都需要大批農(nóng)業(yè)植保作業(yè)，中國(guó)每年都有人因?yàn)檗r(nóng)藥噴灑導(dǎo)致中毒，植保無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)代替了傳統(tǒng)人工植保作業(yè)，不僅提升了效率，節(jié)約時(shí)間同時(shí)也減少農(nóng)民使用農(nóng)藥噴灑的危險(xiǎn)。

本文從國(guó)內(nèi)外的角度分析了目前植保無(wú)人機(jī)，續(xù)航短以及有炸機(jī)和操作復(fù)雜等問題，并對(duì)植保無(wú)人機(jī)的行業(yè)發(fā)展，以及工作服務(wù)人群還有核心技術(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，在我國(guó)植保無(wú)人機(jī)到底能不能行和是不是適合農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，可以加快促進(jìn)和推動(dòng)人們對(duì)無(wú)人機(jī)的深度了解以及使用。

1 國(guó)外植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展形勢(shì)

從世界范圍來看，農(nóng)業(yè)航空發(fā)達(dá)的西方國(guó)家主要有英國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、比利時(shí)、加拿大、日本、韓國(guó)等國(guó)家。中國(guó)和美國(guó)還有日本是最早應(yīng)用無(wú)人機(jī)的國(guó)家。

美國(guó)是一個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家，它的載人航空技術(shù)以及無(wú)人機(jī)飛行已經(jīng)非常成熟了，現(xiàn)如今，美國(guó)是世界上擁有農(nóng)用飛機(jī)品種最多的國(guó)家，擁有上千架農(nóng)用飛機(jī)，占世界總量的百分之三十，平均2.5萬(wàn)公頃耕地就有一架農(nóng)用飛機(jī)，百分之六十五以上的農(nóng)用噴藥是由無(wú)人飛機(jī)來完成的，百分之六十以上農(nóng)用植保作業(yè)是由專業(yè)的植保公司運(yùn)用無(wú)人機(jī)械來承擔(dān)，使用最廣泛的飛機(jī)種類是固定翼飛機(jī)、一小部分是用直升飛機(jī)。另外美國(guó)農(nóng)業(yè)航空作用最多的農(nóng)作物是玉米、小麥、大豆等。

日本植保無(wú)人機(jī)農(nóng)藥噴灑技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且植保技術(shù)居于世界前幾位。90年代時(shí)已經(jīng)將無(wú)人機(jī)技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)作物生產(chǎn)，蔬菜種植科學(xué)采用病蟲害防控技術(shù)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、綠色的蔬菜產(chǎn)品[1]。日本農(nóng)用無(wú)人機(jī)因技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)得到農(nóng)民的喜愛才能發(fā)展，90年代擁有200架植保無(wú)人機(jī)到現(xiàn)在已經(jīng)擁有2000多架植保無(wú)人機(jī)。日本無(wú)人機(jī)在播種、噴藥、施肥，病蟲防治方面已經(jīng)得到全面應(yīng)用。

韓國(guó)在2003年開始從國(guó)外引進(jìn)無(wú)人機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)，之后每年引進(jìn)數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，現(xiàn)如今韓國(guó)國(guó)內(nèi)農(nóng)用無(wú)人機(jī)70%歸地方的農(nóng)業(yè)部門擁有，剩下的是農(nóng)業(yè)企業(yè)或者個(gè)人接受韓國(guó)政府補(bǔ)貼購(gòu)買。韓國(guó)農(nóng)業(yè)部門，水產(chǎn)部門和農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)每年都要增加100架，到2021年已經(jīng)增加了上千架農(nóng)用無(wú)人機(jī)。

我國(guó)的地勢(shì)地貌與鄰國(guó)日本的農(nóng)田有些相似，從農(nóng)作物的類型來看，我國(guó)和日本都大量的種植水稻，所以使用農(nóng)用無(wú)人機(jī)是必然的趨勢(shì)。不同的是，日本地區(qū)的水田的耕道都是比較完善的而且對(duì)農(nóng)民待遇好，工資高，每畝噴灑是中國(guó)工資的2倍。所以他們選用大型的油式雅瑪無(wú)人機(jī)，田間作業(yè)續(xù)航持久，不需要頻繁更換電池以及降停和修整，提高了作業(yè)效率以及安全問題，日本雅瑪哈植保無(wú)人機(jī)經(jīng)過三十多年的技術(shù)積累和不斷地改進(jìn)，該產(chǎn)品成為全球最受人們歡迎的產(chǎn)品。我國(guó)一直都在關(guān)注日本植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展，并從日本買了這款無(wú)人機(jī)作為研發(fā)對(duì)象。

2 國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)用于植保作業(yè)的無(wú)人機(jī)產(chǎn)品型號(hào)、品牌眾多，從升力部件類型來分，主要有單旋翼植保無(wú)人機(jī)和多旋翼植保無(wú)人機(jī)等類型；從動(dòng)力部件類型來分，主要有電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)和油動(dòng)植保無(wú)人機(jī)等類型；從起降類型來分，主要有垂直起降型和非垂直起降型。其中，非垂直起降型無(wú)人飛機(jī)的飛行速度高、無(wú)法定點(diǎn)懸停，現(xiàn)有技術(shù)條件下不能滿足植保作業(yè)要求，常用來進(jìn)行遙感航拍等作業(yè)。因此目前市場(chǎng)上常見的植保無(wú)人機(jī)機(jī)型主要是單旋翼和多旋翼的垂直起降型無(wú)人機(jī)，包括油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)、電動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)和電動(dòng)多旋翼植保無(wú)人機(jī)等3種類型[2]。

隨著我國(guó)智能化的快速發(fā)展，家庭式農(nóng)場(chǎng)以及種植大戶、農(nóng)民合作社等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體出現(xiàn)，對(duì)農(nóng)業(yè)社會(huì)化服務(wù)和農(nóng)用機(jī)械的需求量變大，全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)中心聯(lián)合相關(guān)部門以及生產(chǎn)企業(yè)，大力發(fā)展新型植保機(jī)器推廣工作。有了新型植保機(jī)器，就需要大量人才來操控這些機(jī)器。為此政府下發(fā)了一系列政策來幫助農(nóng)民，并與相關(guān)企業(yè)聯(lián)合對(duì)農(nóng)民開展大規(guī)模技術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容有：農(nóng)藥規(guī)范使用無(wú)人機(jī)操作和平時(shí)日常的維護(hù)及維修等。農(nóng)藥的安全使用包括了對(duì)農(nóng)藥的基礎(chǔ)知識(shí)以及農(nóng)藥的各個(gè)種類方面的應(yīng)用。新型植保無(wú)人機(jī)使用與維修技術(shù)包括了農(nóng)用無(wú)人機(jī)的飛行操作和問題處理以及機(jī)器保養(yǎng)等。

3 國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)的應(yīng)用前景

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)發(fā)展的好與壞關(guān)乎社會(huì)建設(shè)的發(fā)展，以前都是以人工為主的農(nóng)業(yè)植保方式，無(wú)法保證植保的效率和效果，農(nóng)作物遭受蟲害仍然是常見的現(xiàn)象，造成我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的縮減，因?yàn)槲覈?guó)害蟲種類繁多而且發(fā)病迅速，多為隱性癥狀，大面積爆發(fā)，這會(huì)加大對(duì)農(nóng)業(yè)質(zhì)保的壓力。為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，推動(dòng)農(nóng)業(yè)朝著集約化、機(jī)械化方向發(fā)展，大面積農(nóng)業(yè)用地集中在一起，加大管理壓力，降低農(nóng)業(yè)植保效率，在這種農(nóng)業(yè)發(fā)展新常態(tài)下，推動(dòng)無(wú)人機(jī)農(nóng)業(yè)植保產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有緩解大面積長(zhǎng)周期農(nóng)業(yè)植保壓力、降低農(nóng)業(yè)植保投入等積極作用，為提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收益奠定基礎(chǔ)，同時(shí)無(wú)人機(jī)可將人力從繁重的病蟲害防治工作中解脫出來，利用無(wú)人機(jī)可以開展24小時(shí)無(wú)人監(jiān)管全自動(dòng)病蟲害預(yù)防及控制農(nóng)業(yè)植保工作，繼而提高農(nóng)業(yè)植保工作效率[3]。

目前，我國(guó)無(wú)人化農(nóng)業(yè)發(fā)展雖然具備了一定基礎(chǔ)，但大部分還處于探索階段，技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)性仍有許多欠缺，距離實(shí)現(xiàn)完全的無(wú)人化農(nóng)業(yè)還需要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期演進(jìn)過程。各地在貫徹《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)意見》（國(guó)發(fā)〔2018〕42號(hào)）過程中，要對(duì)無(wú)人化農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備研發(fā)應(yīng)用予以高度關(guān)注，在政策、科技、項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)等方面積極謀劃，深入推進(jìn)機(jī)械化、信息化融合，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化高質(zhì)量發(fā)展，努力為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供新動(dòng)能[4]。

4 植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展策略

無(wú)人機(jī)植保產(chǎn)業(yè)作為依托發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的作為一種新型產(chǎn)業(yè)，進(jìn)行農(nóng)藥噴灑時(shí)安全高效與環(huán)保，農(nóng)藥覆蓋密度高，防治效果好[5]。因此，應(yīng)用植保無(wú)人機(jī)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行施藥，不僅具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還具有很大的社會(huì)價(jià)值[6]。

4.1 培養(yǎng)農(nóng)機(jī)行業(yè)的人才以及行業(yè)外的人才

目前，植保無(wú)人機(jī)屬于新型技術(shù)，這個(gè)行業(yè)還處于發(fā)展階段，社會(huì)上缺少相關(guān)技術(shù)人員，教學(xué)資源缺乏且相關(guān)專業(yè)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)也少之又少，不論學(xué)校還是培訓(xùn)機(jī)構(gòu)里的學(xué)習(xí)資源都很落后，需要更新學(xué)習(xí)資源，聘請(qǐng)專業(yè)人才給農(nóng)民進(jìn)行培訓(xùn)，以市場(chǎng)為需要，對(duì)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行機(jī)器的更新?lián)Q代和人員技術(shù)的培訓(xùn)，讓更多從事農(nóng)業(yè)的人員不斷學(xué)習(xí)進(jìn)步。

4.2 利用機(jī)械化和數(shù)學(xué)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)展

政府與一些企業(yè)進(jìn)行相關(guān)的合作，如大疆農(nóng)業(yè)將以“機(jī)械化+數(shù)字農(nóng)業(yè)”為抓手，將應(yīng)用拓展形成3個(gè)梯隊(duì)：第一梯隊(duì)是大田應(yīng)用，第二梯隊(duì)是果樹應(yīng)用，第三梯隊(duì)則是推動(dòng)減肥減藥、增產(chǎn)增收的數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)將聚焦“全程全面機(jī)械化”，通過智能裝備落地更多的數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用，助力農(nóng)民增收[7]。

當(dāng)前，我國(guó)有很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)加入到現(xiàn)代化無(wú)人機(jī)械的研究中，但是仍然需要更多企業(yè)積極參與研發(fā)，盡快突破技術(shù)瓶頸，加速成果落地，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的飛速發(fā)展，保證我國(guó)無(wú)人化農(nóng)用機(jī)械的高速發(fā)展[8]。

5 思考與建議

5.1 加大政府有關(guān)部門的管理制度。

結(jié)合我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)和需求，國(guó)家有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)和加大植保無(wú)人機(jī)技術(shù)的研究與應(yīng)用?？梢酝ㄟ^總結(jié)先進(jìn)國(guó)家實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，加大相關(guān)的政策引導(dǎo)，對(duì)于開展植保無(wú)人機(jī)研制的公司和企業(yè)提供一定的優(yōu)惠政策，激發(fā)企業(yè)積極性。加強(qiáng)植保無(wú)人機(jī)研制企業(yè)、農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者、農(nóng)藥產(chǎn)品研發(fā)企業(yè)三者之間的合作，國(guó)家有關(guān)部門可以進(jìn)行組織，利用召開專題會(huì)議的形式，將當(dāng)前行業(yè)發(fā)展缺陷以及需求等進(jìn)行較為全面的信息溝通，提升研制效果和效率，進(jìn)而使植保無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用從設(shè)備、操控、藥劑等方面得到全面提升，通過改善相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)，來降低負(fù)面影響，提升植保無(wú)人機(jī)實(shí)際工作效率和質(zhì)量。技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用才是突破行業(yè)發(fā)展瓶頸的重要措施和途徑，建議加大有關(guān)部門的管理力度和關(guān)注程度[9]。

5.2 提高植保無(wú)人機(jī)性能方面研究

第一，提升無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力，加大無(wú)人機(jī)的電池容量?？梢詮闹脖o(wú)人機(jī)蓄電與性能結(jié)合方面，來提升植保無(wú)人機(jī)的效率。第二，是植保無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)方面。通過對(duì)機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來減少無(wú)人機(jī)的重量可以讓無(wú)人機(jī)更加靈活提升躲避障礙物的能力。第三，可以提高無(wú)人機(jī)的載重，目前電動(dòng)無(wú)人機(jī)載重一般為5kg～25kg載重之間過小，一組電池持續(xù)時(shí)間為10～20分鐘左右，需要頻繁地更換電池以及加入農(nóng)藥等，即便是老練的飛手，一小時(shí)也只能完成2次起落，電池充電時(shí)間過長(zhǎng)，一般需要2個(gè)小時(shí)左右，因此每次噴灑作業(yè)至少需要準(zhǔn)備20幾塊電池，才能保障一天工作5個(gè)小時(shí)。

5.3 加大對(duì)專業(yè)人員的培訓(xùn)

植保無(wú)人機(jī)需要專業(yè)的操控人員來飛行，還需要日常保養(yǎng)和維修等多種工作。隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展，植保無(wú)人機(jī)的使用必定是重中之重，這種發(fā)展需要大量的專業(yè)人士，所以需要培養(yǎng)一些專業(yè)人才，提升操控植保無(wú)人機(jī)的技術(shù)以及對(duì)農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)的保障維修能力，日常對(duì)無(wú)人機(jī)保養(yǎng)的能力等，同時(shí)還要壯大專業(yè)人才的隊(duì)伍建立創(chuàng)新型人才培訓(xùn)，對(duì)飛手進(jìn)行理論和技能提升。要在農(nóng)業(yè)行業(yè)中選拔那些能力強(qiáng)以及高素質(zhì)的人員進(jìn)行培養(yǎng)，另外，對(duì)無(wú)人機(jī)操作人員的操作技能，相關(guān)部門要定期進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)和技術(shù)考核，確保操作人員的技術(shù)達(dá)標(biāo)，切實(shí)保障無(wú)人機(jī)操作的實(shí)用性和安全性，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定健康發(fā)展[10]。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過分析國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)還處于前期發(fā)展階段，在技術(shù)方面和使用方面還存在一些缺陷和不足點(diǎn)需要解決，農(nóng)業(yè)機(jī)械要結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，比如智能化和信息化，這才是我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)的出路。要持續(xù)更新農(nóng)用機(jī)械并進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)新屬于自己的產(chǎn)品，加強(qiáng)國(guó)家有關(guān)部門的管理力度、提升無(wú)人機(jī)的性能研究，加從業(yè)人員培訓(xùn)，培養(yǎng)更多的植保無(wú)人機(jī)操作員，推廣植保無(wú)人機(jī)的使用。還要適當(dāng)降低無(wú)人機(jī)價(jià)格，給予農(nóng)業(yè)行業(yè)人員農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼，并且完善植保無(wú)人機(jī)的使用規(guī)章制度，這樣才能進(jìn)一步縮小與西方國(guó)家發(fā)展的差距。