植保大數據技術在生態農業中的應用

傅海科/江蘇省無錫市農業農村局

大數據技術是指采用統計學原理和方法，通過精細化分析、聚類、總結海量數據，找出有價值的目標數據資源，分析繁雜事務中的本質關系；通過比較不同層次、維度、歷史和現代數據，找出有規律的東西，得出有價值的結論。植保大數據技術能夠在一定的范圍內有效地防治病蟲害,節約生產成本,減少環境污染，促進生態農業發展。如何進一步提升植保大數據技術在生態農業中的應用，對于實行統防統治的專業化服務，提高農業資源的利用率，增強突發性大面積病蟲害防控能力，緩解農村勞動力短缺，增強農業抗風險能力，保障國家糧食安全、生態安全，實現農業可持續發展具有十分重要的意義。

大數據技術在生態農業領域的運用空間

一是大數據技術能提取歷年來農業生產的病蟲害數據、土壤肥力等參數信息、農產品市場需求數據等，采用統計分析方法，通過實證分析和案例比較，為生態農業發展提供有益的信息參考和指導。二是大數據技術能利用農業資源數據，如水資源、大氣環境、生物多樣性等資料數據，研究我國農業發展面臨的資源、環境和生物多樣性，在對農業生產進行綜合調查的基礎上，提出有針對性的改進措施。三是大數據技術能通過對農業生產、生態環境數據和參數，如土壤、空氣、濕度、溫度、日照等數據，建立數學回歸模型、預測模型，科學分析農業生產條件和環境。四是大數據技術能利用農業生產監控技術，如遠程視頻技術、無人機技術、實時數據采集技術、自動化控制技術等，分析農業植保過程中存在的問題，為農業生產、綠色農產品加工提供科學依據。

我國植保大數據技術的應用水平

近年來，隨著我國智能制造領域的不斷創新，遠程視頻技術及無人機領域得到了快速的發展，大數據下的農業植保技術與傳統農業植保方式相比存在明顯優勢。

一是為突發性大面積病蟲害防控提供了全新的技術與裝備。隨著全球氣候變化，突發性大面積的病蟲害發生頻繁，嚴重危害了我國糧食安全和農業生產穩定發展。例如2012年突發大面積的玉米黏蟲，缺乏專用高效的施藥技術裝備致使防治不利，僅玉米黏蟲發生面積近5000萬畝，占全國玉米播種面積的9.72%，其中嚴重發生面積650萬畝，占全國播種面積的1.26%。以遠程視頻技術為基準的無人機施藥作業效率高，較常規機具可提高100～150倍，而作業成本5～8元/畝，僅為常規作業的1/4～1/6。高效、低成本的無人機施藥技術可以為解決突發性大面積病蟲害防控難題提供了全新的技術與裝備。此外，我國規模化的土地資源不足，僅占耕地面積30%左右，主要集中在北方東北平原、西北、華北平原。而在南方，有著占總種植面積60%以上的小規模種植土地，土地地貌復雜，民房耕地交織，經營模式以一家一戶的聯產承包責任制為主，土地的分散經營、小塊經營，使得耕地規模小、田塊分散、作物品種布局不一，作物長勢不一，包括固定翼飛行器在內的大型施藥機具難以適應其病蟲害防治要求，在很大程度上限制了農業機械化實施。但是旋翼無人機農業植保施藥技術裝備無需專用機場和跑道，靈活輕便、環境適應性強、不受作物長勢和作業田塊條件的限制，在應對小區域種植作物的病蟲害防治中有著巨大優勢。發展無人機施藥技術裝備，是解決制約我國南方分散經營模式下，病蟲害機械化防治困難的瓶頸問題的最優方案，是我國現階段土地經營模式下的必然選擇。

二是支持精確植保，提高植保效率。遠程操控的植保無人機可采用飛控導航，自主飛行只需在噴灑作業前，將農田的GPS信息采集到，并把航線規劃好，輸入到地面站的內部控制系統中，地面站對飛行器下達指令，飛行器就可以載著噴灑裝置，自主將噴灑作業完成，完成之后自動飛回到起飛點，而在飛行器噴灑作業的同時，還可通過地面站的顯示界面做到實時觀察噴灑作業的進展情況。利用農業植保無人機向下的強烈旋轉氣流在噴灑農藥時可以在翻動和搖晃農作物的同時，在下方的農作物形成一個紊流區，可以非常均勻地噴灑農藥，因此能將部分農藥噴灑到莖葉背面和根部，這是目前人工和其他噴灑設備無法做到的噴灑質量。由于無人機下旋風力集中而有力，采用超細霧狀噴灑比較容易透過植物絨毛的表面形成一層農藥膜均勻而有效的殺滅害蟲。另一方面，傳統農藥噴灑模式下，由于人就在農藥的覆蓋范圍下，極易發生農藥中毒事件，而且概率極大，然而植保無人機是自主飛行噴灑農藥,噴灑作業人員避免了直接暴露于農藥范圍內的危險，保障了人員的安全。即使采取手動遙控作業，人員與植保機距離較遠，發生操作故障或緊急情況時也不會對操作人員造成危害。

當前植保大數據技術進一步發展的方向

在農業可持續發展過程中，大數據植保技術應用顯然優于傳統植保。以江蘇省為例，全省地處溫帶和亞熱帶的過渡地帶，病蟲發生種類多，檢測任務重，工作責任大。多年來，各地牢固樹立“公告綠色植保”理念，通過加大投入、健全網絡、改進手段等途徑來強化植保體系建設，但受農技推廣傳統模式等因素影響，基層植保機構出現力量弱化、設施老化等現象，不能適應現代農業和綠色發展的需求。另一方面，大數據植保技術，如無人機農業植保服務起步較晚，屬于新生事物，市場和用戶需要有一個認知和接受的過程，隨著植保無人機功能的不斷完善，推廣速度的不斷加快，市場的認知程度在不斷提高，植保無人機的市場前景非常廣闊，必將占領主流農業植保市場。

植保從業人員缺少計算機應用經驗及技術。目前，國內各類農業植保遠程實施在開展植保作業時，缺少一套與植保無人機低空低量高效施藥所配套的施藥技術，也是當前市場的短板，使用者沒有一套科學完善的判別標準以確定在噴霧過程中所需要的霧滴粒徑、霧滴沉積分布密度、農藥濃度等施藥參數，需要建立一個以無人機農業噴灑為基礎的行業大數據分析平臺，基于無人機的噴灑參數建立分析模型，不斷完善植保用藥的專業性。另外，生產植保無人機的企業較多，而大多數的機型都以多旋翼為主，主要因為飛控的成熟性，產品結構簡單，技術門檻低，操作簡單，所以市場上一些打著植保無人機企業是魚龍混雜，真正掌握飛控技術的只有少數。相比之下無人機中直升機系列的技術要求就很高了，現在國內能研發生產出植保無人直升機很少，這也代表一些企業在無人機領域的高度，植保無人機能否自主飛行、斷點續航、斷點記憶選配功能，在針對物種的時候能否定高、定速、定流量，均是最終能高效統防統治的基本要求。

信息化和植保的復合型人才短缺，專業化軟件亟待研制。我國農業植保信息化技術仍然處在藍海市場，無人機方面的飛手、設備都供不應求。據不完全統計，2020年，無人機植保從業人員需求量是40萬人。而我國目前在冊的專業飛手不到1萬人，人才缺口巨大。另外，目前國內的無人機廠家擅長的是無人機的制造，對續航能力、飛行高度的研究是專業的，但是對于農業植保行業來說還有斷點和弊端，沒有一套完善的無人機植保行業的整體解決方案，沒有植保過程的大數據存儲和分析，沒有龐大的數據庫作為支持，對于農藥噴灑的科學配比、飛行高度、植保過程軌跡規劃、當前氣象信息的科學參考等也就無法做出科學的規劃和管理，從而無法對無人機植保行業進行有針對性的推廣和規模化運營，因此針對農業植保農藥噴灑這一細分領域迫切需要一個大數據的運營平臺來為其提供科學化的運行依據和管理手段，讓農業無人機植保這一領域快速發展，進而帶動國家農業信息化的蓬勃發展。

在國家重大戰略和現實需求的指引下，推動植保大數據平臺的建設，要緊緊圍繞農業綠色發展和種植業供給側結構性改革，以重大病蟲害綠色防控和治理需求為導向，綜合應用互聯網、大數據、人工智能等現代信息技術和裝備，以數據集中和共享為途徑，通過推進技術融合、業務融合、數據融合，整合升級相關植保監控、預警、管理信息系統，打通信息壁壘，建設植保數據中心、信息采集系統、分析處理系統、決策支持系統和信息服務系統，形成覆蓋面廣、統籌利用、統一接入的植保大數據共享平臺，構建植保信息資源共享體系，形成植保領域萬物互聯、人機交互、天地一體的網絡空間，實現跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的協同管理和服務，通過建立健全大數據輔助科學決策的機制，充分利用大數據平臺，綜合分析各種因素，提高對病蟲害發生的感知、預測、防控能力，推動植物保護向數字化、網絡化、智能化發展，實現植物保護政府決策科學化、防控治理精準化、公共服務高效化。通過加強合作，解決關鍵技術，研發實用產品，促進植保大數據技術在生態農業中的推廣應用。□