論農業智能噴灑的應用及發展趨勢

王躍文 曹亞靜 王愛文

(1.廣東科貿職業學院，廣東 廣州 510430；2.廣州華夏職業學院，廣東 廣州 510430；3.邢臺學院，河北 邢臺 054001)

1 農業噴灑發展現狀

我國南方地區，尤其是在廣東、廣西以及云南等省份，大多屬于丘陵地形，人工對植物進行噴灑藥物的勞動強度大，噴灑的均勻度相對較差。我國無人機正處于推廣應用的階段,幫助農民減輕工作量,提高資源利用率，實現精準作業[1]，加快我國農業的發展,更好與國際接軌，已經勢不可擋。

長期以來，對于病蟲害的防治措施主要采用人工噴灑農藥，而人工噴灑存在嚴重效率低、效果差等問題。因此，發展智能噴灑農藥技術，顯得尤為重要。無人機智能技術在國外的發展較為迅速，一些發達國家的無人機控制技術已經十分成熟。近年，國產無人機公司像大疆、極飛等興起，無人機智能技術也在隨之迅速崛起。無人機智能噴灑以其高效率、安全性好等優勢，迅速成為關注的焦點。隨著無人機技術的快速發展，把先進的無人機及技術應用到農業生產上已經得到全球共識。

國外，日本率先將無人機應用在農業生產中，也是目前世界上無人機應用度較高、作業較成熟的國家。在人口老齡化程度高的日本，勞動力大量短缺。大部分耕地屬于山地，這個和我國南方地區較為相似。在這樣的條件下，采用無人機智能噴灑應運而生。采用無人噴灑農藥，作業效率高而且勞動強度低節約成本，同時不受地形和長勢的限制[2-4]。1987年，日本雅馬哈公司率先應用20kg無人R-50，成為世界上第一個使用農用無人機噴藥的國家。目前登記在冊的田間作業無人機2000多架，防治面積達到100萬hm2，無人機施藥已占總施藥面積的50%以上，是無人機應用最成熟的國家[4-6]。在日本，政府、農業協會社會團體和個人都會擁有一定數量的農用無人機。同時保險公司會為其提供保障，無人機公司為操作者提供為其一個人的培訓服務。在員工有專業技能的同時提供保險服務。在無人機使用過程中出現問題時，可以到就近的售后服務點進行維修。日本的無人機技術與服務均已達到了非常成熟的地步，無人機的市場占有率達到60%以上[7]，值得我們國家學習。集中世界上最先進國家的美國，主要研究方向為精準農業遙感技術方面，但是無人機智能噴灑也引起了高度的重視[2,8]。由于美國主要市大型農場的作業模式，因此主要采用有人駕駛的固定機翼飛進行作業，其中美國的水稻作業已經完全采用有人駕駛的智能噴灑方式。在其他的歐洲國家，擁有比較智能的無人機發展水平，無人機制造公司與無人機服務公司相對比較成熟。在20世紀末，為了保護環境和安全等因素的考慮，航空噴灑在歐洲是禁用[9]，在2013年納入歐盟民用航空系統[10]。另外在韓國、澳大利亞、加拿大等國也在將無人機應用在智能噴灑。

2 現階段存在問題

缺少完善標準，助力農用無人機推廣沒有明朗的理論依據。國家在對無人機在飛行、運營、安全監督與管理等方面存在嚴重不完善等情況，無人機智能噴灑還處于發展初級，有待完善。同時，隨著無人機技術的發展，國內市場涌現出一大批無人機生產廠家。但是國家還沒推出一套完整的鑒定標準，這一問題就導致我國生產的無人機質量良莠不齊，在實際生產過程中常常出現這樣或者那樣的故障，例如電池沒電、操控手柄失靈等。這些問題的存在導致其難以真正地投入到生產實踐中。

安全隱患存在。一直以來在光是媒體曝光的事故已經有多起，在北京、武漢、杭州等地區都出現一些作業事故。有些問題是受先天條件限制，而有些則是由于操作不當導致事故發生。由于無人機是遠程控制手柄控制的這種操作方式，在高壓線附近，森林密集區域和存在高磁場附近都會存在很大的安全隱患。無人機操控專業性較強是大家都知道的，必須由專業飛手來進行操作，如果作業之前不向民航報備，稍不注意就容易造成違規飛行，嚴重影響民航正常運行。

農戶對無人機的認可度低。我們目前從事農業耕種的大部分是中老年人群，他們主要的噴灑方式采用人工噴灑。而無人機智能噴灑是屬于智慧農業領域重要的一部分，農民對于新生事物的接受還需要一個漫長的過程。另外，無人機較為昂貴，一次性投入太多，在一定程度上也限制了無人機噴灑的難度。

3 農用無人機在我國未來的發展趨勢

我國疆域遼闊、地勢復雜多樣，大部分以個體為單位的小地塊農田，大型的農用有人駕駛飛機噴施作業顯得力不從心，大型農用有人駕駛飛機在田間作業時，無法規避農戶住宅、不能進行超低空噴施、高空噴施農藥不精確致使漂移量過大等特點使其無法很好的完成農藥噴施作業，作業存在極大的困難。因此，研發適合國情的無人噴灑方式勢在必行，實現機械化、自動化、智能化是未來無人機噴灑的主要發展方向。

機械化。小型化的農業生產中，人工手動背負式噴霧器以其價格優勢占據了近八成的農機植保市場[11]。針對現在人工同時人工噴灑存在嚴重的問題。一方面，人工噴灑農藥，適用于小面積，低矮作物，引起作業人員中毒的概率為85%左右據不完全統計，全國農業農藥施肥作業過程中引起中毒事件的數高達10萬余人，死亡人數占10%以上，勞動強度大，作業效率低[12]。另一方面傳統的人工噴灑作業效率極其低，一天的作業效率幾乎達不到一畝。就目前國內的形式而言，從事農耕的大多數是老年人，發展農業機械化顯得尤為重要。

自動化。在復雜地形中由于作物保持一定的高度差，對于確保噴灑效果顯得尤為重要。面對不同的作物，做到自動調節高度、軌跡。尤其是針對一些相對高大的植物。為了保證達到一定的噴灑效果，只是在植物頂部噴灑是完全不夠的。這里就需要對植物的生長形狀進行自動識別，接著自動規劃邏輯路線，對植物頂部之外的四周進行噴灑。農業生產規模的擴大，不再是一臺無人機的單獨作業，通常需要多臺無人機協調作業。在這里可以利用自動控制技術，實現多臺無人機定時、定點相互配合協調作業，保質保量地完成農業噴灑作業。

智能化。因為從事農業作業的大多數是老年人，對農業機械智能化的呼聲越來越高。工業互聯網、大數據的迅速發展，農業機械的智能化程度還是遠遠不夠。提高無人機性能，推進智能化發展進程，需要我們根據不同的作業環境調節速度，有選擇性的同時自動的避開障礙物，保證整個無人噴灑過程的智能化、便捷性。智能化的發展能夠為智能噴灑的應用范圍進一步提高，為無人噴灑的發展提供了廣闊的空間。

4 結語

落后的農業人工噴灑將逐漸被機械化、自動化、智能的新一代無人機噴灑替代。高效無人機噴灑技術的出現，對農業發展具有巨大的現實意義，在提高作業效率的同時還能提高作業質量。無人機智能噴灑必將頻繁應用到農業生產的各個方面，同時成為一個巨大的市場，前景令人期待。