無人機低空施藥技術的研究現狀與展望

鄭　紅

（沈陽市水利規劃院遼寧沈陽110015）

無人機低空施藥技術的研究現狀與展望

鄭紅

（沈陽市水利規劃院遼寧沈陽110015）

本文在介紹無人機低空施藥技術特點及其國內外研究現狀基礎上，分析了在中國發展無人機低空施藥技術的必要性，同時就該技術在中國的進一步推廣應用提出建議，這在一定程度上對提高農業資源利用率，降低農業生產所造成的環境污染，促進我國農業現代化可持續發展具有一定的指導意義。

綠色有機農業；無人機；低空施藥；可持續發展

在科技不斷發展的大形勢下，發展綠色有機農業，促進農業的可持續發展逐漸成為人們的追求，然而病蟲害是嚴重制約其發展的重要因素之一［1］。農業病蟲害的防治是農業生產中不可或缺的作業環節，然而當前中國農業生產過程中，藥物噴灑的機械化程度偏低，使得農藥用量越來越大，作業成本高，在無法保證作物產量和質量同時，造成水分和農藥的嚴重浪費，降低了農業資源的利用效率，還帶來了嚴重的水土環境污染和生態系統失衡等問題，這與現代化農業的可持續發展明顯不相匹配。因此，作為一種新型的、促進農業現代化進程的農業手段，無人機技術逐漸成為當前我國農業健康可持續發展的迫切需求。無人機低空施藥技術是利用無人機為飛行器搭載農藥噴霧設備，結合遙感系統對農作物進行低空低量施藥，實現精準化作業，為現代化綠色生態農業的可持續發展提供技術支持［2］。

1　無人機低空施藥技術的研究現狀

1.1國外無人機低空施藥技術的研究現狀

無人機是利用無線電遙控設備和自備程序控制裝置的不載人飛機，其研究已有近百年歷史。美國是目前農用無人機航空作業最發達的國家，其無人機施藥作業規范，施藥部件系列齊全，作業精準、高效，對環境的污染低［3］。1912年，加拿大開始將飛機作為大田作物、果園等噴灑農藥輔助工具。俄羅斯地廣人稀，航空作業規模龐大，航空作業面積占其全部耕地面積的三分之一以上。日本經過三十多年的發展，其農用植保無人機及其配套施藥技術發展逐漸趨于成熟［4］。韓國于2003年開始引入無人及航空作業技術，且發展迅速，病蟲害防治效果較好［5］。

1.2國內無人機低空施藥技術的研究現狀

我國無人機發展雖起步較晚，但近年來其在農業生產中的推廣應用日趨廣泛。山西省農機推廣總站利用無人機對晚期大田玉米進行了噴灑作業試驗研究，表明無人機作業效率較高，每1min達0.067hm2以上，其霧化及穿透效果也比較好［6］。內蒙古河套灌區管理總局和西北農林科技大學用固定翼無人機和多旋翼無人機，分別對兩個實驗區土壤水分和作物水進行雙機航拍并獲取航拍照片，結果表明無人機單次飛行覆蓋范圍達萬畝，拓寬了灌區自動化監測的領域和方向，取得了預期監測成果。2011年遼寧環境與航空應用工程中心，通過無人機遙感系統對遼河流域現狀進行航拍和遙感監測，發現其影像分辨率為0.1 m，監測數據精確［7］。梁志鑫等［8］針對生產建設項目水土流失的問題，提出利用無人機遙感結合現有監測技術的水土保持監測新方法。高圓圓等［9］通過小型無人機低空噴藥對小麥吸漿蟲的防治效果試驗研究發現，小型無人機噴藥對于吸漿蟲具有較為顯著的防治效果。薛新宇等［10］采用N-3型無人直升機對稻飛虱和稻縱卷葉螟進行了飛機不同作業高度和不同噴灑濃度的田間藥效試驗，結果表明飛機噴灑優于傳統擔架式噴霧機噴灑防治效果。徐興等［11］通過PWM技術，在無人機機體上設計了一種機載農藥變量噴灑系統，通過調節占空比控制農藥噴灑流量。

以上研究表明，我國農用無人機的發展雖已取得一定成果，但在無人機噴灑技術及其使用規模上仍與國外發達國家存在一定差距。

2　無人機低空施藥技術的特點

目前，農業生產因受地形地貌及農作物種類等因素的影響，農田作業時很難引入大型機械進行農田灌溉與農藥噴灑。無人機因其獨特的技術特點，逐漸成為農業生產尤其農藥噴灑作業的新型工具。

2.1高效安全，勞動強度小

無人機作業是由操控人員遠距離遙控作業，無需專業的飛行員，因此可以大大降低作業成本；同時這種遠距離作業模式也避免了噴灑作業人員和農藥的長期接觸，有效減少了農藥對其身體的化學傷害，更大程度上保證了作業人員的安全。

無人機飛行速度快，每架無人機每天的噴灑面積約300畝～500畝，與傳統作業方式相比，其作業效率最高可達100倍以上，無人機重量輕，便于攜帶，操作人員在田埂上操作，無需下田，勞動投入少，勞動強度小，也不會損壞農作物［12］。

2.2作業范圍廣，環保性能好

無人機因其機動性好，且可靈活調整飛行速度、噴灑高度等優勢，利用無人機進行低空施藥作業時不受作業對象和地形地貌條件的影響，尤其在丘陵山區、連片梯田等特殊地區，展現出傳統作業模式無法達到的作業效果，因此無人機低空施藥技術在現代化農業發展中有著不可替代的作用。

無人機低空施藥時，藥液被很好地霧化，均勻附著在農作物莖葉表面，且與遙感技術相結合作業，還可有效減少重噴和漏噴，提高了農藥的噴灑均勻度，減少農藥和水資源的浪費，保證噴灑農藥的適量性，不僅提高了農藥的噴灑效率，還大大減少了農藥對環境造成的污染，具有很好的環保特性［13］。

2.3覆蓋密度高，防治效果好

農用無人機大多為螺旋機翼，噴灑農藥時，受其工作原理及低空作業的影響，其槳葉旋轉帶動農作物搖晃，使得農藥能夠均勻的噴灑到莖葉背面，達到殺滅病蟲害的效果。由此可見，利用無人機噴灑農藥不僅可以提高單位面積上噴霧藥液的覆蓋密度和噴灑均勻性，還在一定程度上減少了農藥的飄失程度，這是目前使用人工和其他噴灑設備所無法做到的。因此與傳統農藥噴灑方式相比，利用無人機噴灑農藥具有十分明顯的農作物病蟲害防治效果。2.4節水節藥，農業生產成本

受地形地貌及農作物種類影響，農業作業的難易程度不盡相同，這將直接影響農業生產的成本。利用無人機噴灑農藥時，可以遙控改變其飛行高度，以適應不同作物高度和地形地貌的變化，在噴灑充足的前提下，噴灑成本可控制在每畝20元以下，這大大減少了農作物的變地隙成本。此外，無人機折舊率低，油耗量小，易于維修，且需要的作業人工成本較低，對于降低整個農業生產的成本有著顯著影響［14］。

國內外大量研究表明，利用無人機進行農藥噴灑，可以實現低量噴霧，節省90%的水量和50%的農藥，大大提高農藥的利用效率。因此，無人機在農業生產中的廣泛應用，對于緩解水資源緊缺，降低資源浪費影響顯著。

3　我國無人機低空施藥技術的發展趨勢

3.1進一步提高施藥技術的精準性

隨著農業信息化程度的不斷加大，遙感技術已逐漸成為精準話農業生產作業的重要手段，在農情監測中發揮著巨大作用，而作為獲取遙感數據的新型手段，無人機遙感技術在現代化農業中的應用日趨廣泛。利用無人機遙感技術分析農田土壤及作物狀況，對預估農田病蟲害程度，并及時指定和采取合理的施藥方案，實現更加精準的農藥噴灑效果是發展現代化生態農業的重要手段。

3.2優化無人機性能，簡化操控技術

隨著無人機技術的不斷發展，無人機低空施藥技術在我國受到越來越多的務農人員的青睞，但是專業的無人機操控技術成為抑制無人機推廣應用的主要因素之一。中國農科院專家袁會珠指出，要利用好無人機這一新興技術，除了要優化無人機性能外，還要進一步進行技術革新，簡化無人機專業操控技術，以便于適應于大眾農民。

3.3規范無人機市場，增強售后維修服務

目前，無人機的發展漸趨成熟，但其在我國大范圍的推廣應用現狀并不樂觀，主要原因之一即是其高昂的價格。據了解，市場上一臺植保無人機價格大多在20至60萬元，使得廣大農業經營者望而卻步。雖然部分無人機型價格降到了15萬以下，但是由于缺乏健全的行業標準和市場體系，以及充足的技術培訓及維修等服務，無人機普及推廣受到很大程度的阻礙。因此降低無人機生產成本，完善無人機經濟市場對于進一步擴大無人機低空施藥技術在我國的推廣應用至關重要。

4　結語

農用無人機的發展適應了農業現代化需求，無人機低空施藥作為一種新型的有效防治病蟲害的手段，即是解決農業勞動力不足的需要，也是發展專業化防治的需要。雖然我國的無人機低空施藥技術還處于起步階段，但是隨著資金和科技力量的投入，以及無人機技術性能的不斷優化和經濟市場的不斷完善和系統化，無人機低空施藥技術在我國的推廣應用指日可待，同時我國病蟲害的防治效率也會大幅提高。不僅如此，應用無人機低空施藥技術對提高中國農作物病蟲害防治機械化水平和農業資源的利用率，緩解農村勞動力短缺，促進現代化綠色生態農業的可持續發展具有十分重要的意義。陜西水利

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（責任編輯：暢妮）

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