基于無人機遙感監測的施肥控制技術探究

曹 亮

（成都市農林科學院，四川 成都 611134）

現代農業發展的主要目標之一是實現精準農業，縮減資源浪費用來帶動農業從資源型向科技型、節約型轉變。世界糧農組織近幾年的數據調查顯示，在全世界范圍里面我國已成為使用氮肥最多的國家之一，氮肥的用量占世界總用量的30%。如何有效使用氮肥是農業生產的重要環節。

1 國內無人機遙感施肥研究現狀

我國之前傳統施肥方法以實驗室檢測或者田間的觀測為主，不利于應用和推廣，浪費大量的時間以及人力，成本相對較高。運用高光譜成像技術進行動態監測，能夠實時指導植保無人機對植被精準施肥。目前農業信息現代化的一個主要研究方向就是運用高光譜成像技術快速取得植被的參數以及相關信息。植保無人機是以地面遙控器來進行操控，運用在農林植物保護作業方向的無人駕駛飛行器。目前市場上植保無人機種類比較多，按照機型不同劃分，可以分為固定翼植保無人機、單旋翼植保無人機以及多旋翼植保無人機。按照動力不同劃分，可以分為油動植保無人機以及電動植保無人機；植保無人機的優點是飛行速度快，采用的是噴霧噴灑方式，噴灑效率大大高于傳統肥料的噴灑。植保無人機噴灑肥料優點是霧化效果好、噴灑均勻，節約了肥料以及水的使用量，有效減少了噴灑肥料對環境的污染。我國農業“十三五規劃”提出未來農業現代化需要更上一層樓，而且要求農業機械整體的使用率達到60%，因此植保無人機在農業發展中有很大的經濟效益。目前，傳統的噴霧設備顯然不能滿足精準農業的發展需求，因此必須大力推動無人機應用以及發展，以此來解決我國噴施技術所面臨的各種問題。研究無人機噴灑技術、飛控參數以及藥劑配方，將會為農業施使用技術帶來一場偉大的技術革命。

2 利用無人機遙感施肥的前景和技術要點

為了給植被補充所需要的營養元素，人們會使用各種肥料，然而從國內當前農業植保裝備的條件來看，無法向農作物補充它們所缺失的所有營養元素。因此通常情況下將農作物的冠層當作的標靶。沉積回收率指的是農業地塊落在農作物表面的施肥量除以本次噴施肥的總量，也就是有效利用肥料的比例。如果這個參數大，意味著肥料達到了較高的使用水平，反之亦然。借助水分子的分散作用，肥料作用于農作物的表面，一般指有效地沉降到農作物的表面，切實降低沒有效果的霧滴噴施，使霧滴有效地黏貼于葉片表面，盡量黏貼于葉片的表面之上。檢驗肥液有沒有切實發揮作用，要查看肥液的粘附性、潤濕性以及葉片表面自身的持留能力等多個重要指標。肥料從噴頭噴出霧化到飛向農作物是動態化的一個過程，相關專家提出了一個概念——動態表面張力，這是一個非常關鍵的技術參數。它意味著噴頭和液體分離的剎那間，霧滴本身的噴施動態張力 (the droplet spraying dynamic tension)比較高，它對肥液展布以及滯留于植物的表面之上有重大影響。借助接觸角測定、掃描鏡等手段能夠觀察到這種現象。農作物表面本身的非光滑形態和水潤能力高低的關聯性，那些并非十分光滑的凸包形且并非特別光滑的個體植株的表面，逐步增強了排斥水的相關變化。噴灑出的肥料和農作物表面或者葉面會形成較大撞擊，形成多次或者一次液滴躍。利用高速顯微攝影機能夠觀察到，由噴頭噴出后，小霧滴以特別低的速度以及加速度前進，和葉片進行碰擊的過程中會出現多次跳躍。而且，動態表面張力也會對肥液在農作物葉面上的展布和沉積產生一定影響。在肥料中添加助劑，即可在一定程度上降低肥料小霧滴發生跳躍的頻次，肥料使用率得以提升。最年來，大部分高光譜相機利用輕小型無人機作為自己的搭載平臺，和其他形式的遙感平臺比較，輕小型無人機航行自由、成本低廉、適應性好等，優勢顯著。人們越來越重視輕小型無人機這種高光譜遙感平臺。從空中拍攝農田植被，對農田植被的相關指數進行精準監測，獲取它們的高光譜圖像，利用相關軟件對所獲得的數據進行處理和分析，為植保無人機精準施肥輔以必要的基礎數據。

3 使用無人機施肥的優勢

各國有著不同的國情，故此它們運用植保無人機的范圍和程度也各不相同。整體而言，農業航空技術是判斷一國農業現代化程度的一個關鍵指標。未來，農業航空技術、植保無人機會被越來越多地運用于農業生產中。中國是農業大國，農用機械化的程度是提升農業生產力和生產水平的一個重要標志。傳統的農田肥料噴灑方式在很大程度上危害人體健康，每年因肥料中毒或死亡的人數有數萬人之多。因此要提升利用植保無人機施肥的比例，規避不準確、不均衡、不合理施肥的問題，以免污染生態環境、浪費資源，造成土壤環境的進一步惡化等。

植保無人機被用來噴灑肥料，有以下顯著優勢：

（1）高效安全：它的飛行速度非常之快，每小時能夠噴灑8-10公頃；操作人員可以在一定距離內對其進行遙控操作，無需直接接觸各種噴灑肥料，降低了肥料傷害人體的概率。

（2）成本低、節省肥料：植保無人機采取了噴霧噴灑的手段，肥料使用量最少也能夠節約一半，盡可能地削減了資源使用成本。

（3）能夠獲得顯著的防治效果：植保無人機處于相對較低的作業高度、噴灑霧滴不會出現較大飄移、能夠在空中懸停，植保無人機在噴灑肥料的過程中旋翼形成的向下氣流，能夠強化霧滴穿透農作物的能力，能夠獲得顯著的防治效果。

我國是農業大國，采取植保無人機來噴灑肥料，可以創造一定的社會價值以及經濟價值；植保無人機具有較高的工作效率，無需投入較多的農業生產成本，農民可以獲得較高的經濟效益。但是工業級無人機的要求不同于消費級無人機，植保無人機在進行飛行作業時，要滿足較高要求，比如低速勻速低空飛行，而且要進行直線高精度飛行，能夠垂直定點起降，操控手要具有過硬的飛行技術，它在很大程度上影響了無人機施肥的推廣和普及。

4 結 語

現代農業管理的發展，基本上實現了收獲、播種、土地翻耕等生產環節的機械化，但仍有部分環節依舊采取陳舊的作業方式，如防治病蟲害、給農作物施肥等，同時也它帶來了諸多衍生問題，比如濫用肥料、嚴重污染土地、殘留量大等。在農業現代化水平不斷提高的情況下，土地規?；?、土地流轉是現代農業發展的必然趨勢。農業經營生產的主體出現了重大變化，家庭農場、種田大戶等變成了農業領域的中堅，經營主體的改變為無人機植保推廣帶來了契機。同時植保無人機可有效預防病蟲災害大面積突發，它具有高效率高、安全性強、作業質量好、高適應性等多個特點，能夠及時有效地破解病蟲害防治的重大難題。