植保無人機施藥技術在大田作物生產中的應用

普照，倪潤，黃曉芳，李君，李林科

摘要：我國是農業大國，農作物種植過程中會因為病蟲害等因素發生病變，降低作物產出的質量和產量，強化病蟲害的防治技術成為當下農業中研究的主要課題。植保無人機的出現提高了農作物生產中施藥的效率，在病蟲害防治工作中起到了極明顯的作用。下述內容主要論述植保無人機施藥技術在大田農作物生產中的特征，從優勢以及缺陷兩個方面闡述，并對該項技術以及應用進行分析，望為強化大田農作物產量提供幫助。

關鍵詞：植保無人機;施藥技術;大田作物生產

1 前言

植物保護工作是提高農作物產量、保證農作物質量的基礎，和我國糧食安全、生態穩定以及發展有密切關聯。在我國農業生產規模不斷壯大、擴展的過程中，有關植保工作的要求與標準也越來越嚴格，噴灑農藥是農作物種植中使用次數最高、最簡便的方式，可以起到病蟲害防治的作用，但傳統的農藥噴灑多為人工操作，效率無法保證，若操作不當還會對操作人員造成生命威脅。植保無人機施藥技術的出現，改善了這一局面，在強化噴灑效率的同時，也可以快速適應作業環境，提高農藥的使用效率。由此可以看出，該項技術是保證我國糧食以及食品安全的關鍵，也是農業科技的一次重要突破，更是我國農業進步發展的主要體現。

2 植保無人機的內涵以及使用原則

2.1 植保無人機的內涵

植保無人機又被稱作無人飛行器，由多項功能組合而成，其中包括飛行平臺、導航飛空以及噴灑機構等。工作原理主要為，通過人為操控的方式在地面開展遙控或是自動導航農作物噴灑工作，例如噴灑種子、農藥等。該項技術多用于農業領域以及林業保護領域，與傳統人工病蟲害防治方式相比，該項技術具有尺寸小、效率高、成本低、用藥省等優勢。

根據相關數據調查報告來看，當下我國農業植保無人機的發展體系還有待進一步完善，但近些年植保無人機的使用次數、作業面積幅度不斷提升，這表明其對于農業的作用價值頗為顯著。當下我國植保無人機技術以及產品性能質量不一，可以單獨完成高強度以及大面積噴灑作業的植保無人機數量少之又少。

2.2 植保無人機的使用原則

首先，綠色防控專業化統防統治原則。該項原則的核心宗旨為“服務農民以及農業生產”，以“公共植保、綠色植保、科學植保”的理念以及預防為主要內容，踐行綜合防治的植保方針以及政府支持、市場運作、種植人員自愿、循序漸進的原則，并以防治病蟲作業專業化服務的農業經營主體為主要依托，圍繞農作物病蟲害的綠色防治工作，打造專業、綠色防控防治工作示范基地，嚴格遵循安全、有效、生態環保的標準要求，開展不同生態區、不同農作物、不同靶標的有效安全、便捷易行且經濟實用的綠色防控技術模式，在結合病蟲害預測結果的基礎上，開展農業防治工作，借助生態、綠色的物理防治舉措，科學規范的噴灑農作物農藥;把“強化防治效果、降低資金人力成本、削減農藥使用量、強化生產質量”當做主要目標，開展農作物病蟲害防治服務組織工作，不斷的開拓服務領域、擴增服務范圍，全面性的提高病蟲害防控能力的專業水準，達成病蟲綜合治理，農藥減量控害的目標。

其次，應遵循強化農民使用積極性的原則。將農民作為工作開展的出發點，強化植保無人機施藥技術的宣傳力度，激發農民參與使用的主動性，在其自愿的基礎上開展作業，并組織村民集體觀摩，進一步強化他們的參與興趣。以減輕農民資金投入成本、人工投入數量為主要目的，讓農民群眾切實感受到統防統治工作的價值，以此提高他們參與的積極性。把專業化服務、社會化服務當做植保工作專業化的主要突破點，通過服務帶動作用，強化區域專業化服務水準[1]。

3 植保無人機施藥關鍵技術

3.1 變量施藥技術

相較于以往的施藥技術，該種方式可以依據病蟲害的實際狀況以及農作物的播種疏密度把控用藥量，降低農藥過度使用問題發生概率，節省該方面資金投入的同時也能強化整體防治的效果。當下，該項施藥系統主要使用脈寬調制技術，利用占空比的調整把控隔膜泵的轉速，以此達成調節農藥噴灑量的目的。該項技術具有極強的實用性。我國有農業學者曾就脈寬調制技術進行了研究，并設計了變量噴灑施藥測量控制系統，可以利用軟件的方式遠程操控無人機完成施藥工作，并調整施藥狀態以及施藥參數。此外，研究學者還就地面站的應用以及多傳感融合工作，跟蹤了施藥的參數以及具體情況，經研究發現，無人機的飛行流量以及速度可以滿足植物病蟲害防治的相關要求，同時還能有效減少霧滴沉積量，達成節約成本，強化作業效率的作用[2]。

3.2 避障技術

我國農田環境具有復雜的特性，這一特性也提高了無人機施藥的操作難度，同時也給施藥的安全性能帶來了一定影響，鑒于此，就應強化無人機的自主避障功能。障礙物的形態、分布差異較為明顯，在設計避障技術時，應注重其自主識別功能。以激光位移傳感器技術為例，該項技術時植保無人機中一項全新的避障檢測方式。可以在未知環境下正確檢測出前方障礙物的詳細角度以及實際距離，還可以對作業環境中出現頻率較高的障礙物做出精準判斷，辨別其類型，自主完成避障。該項技術具有控制精準度高、安全性能強、穩定可靠等優勢，有著極為突出的應用價值[3]。

3.3 霧滴檢測技術

該項技術可在霧滴沉積特點的基礎上，分析無人機噴灑作業完成的質量。當下使用頻率最高的方式為霧滴密度檢測法以及50%有效沉積量判斷法，在挑選時應結合無人機噴灑霧滴的粒徑遴選恰當方式。前者不可用于霧滴重疊中，會有一定概率出現誤差現象，鑒于此，再結合霧滴沉積分布特點以及工作效率需求之后，建議選擇后者確定有效噴灑幅度。我國研究學者曾提議，可以使用紅外線熱成像技術開展作用，利用采集到的區域噴灑作業后環境的熱差數據，精準把握分布濃度以及范圍數據。該種方式具有便捷、無需接觸的優勢。此外，還可以利用激光雷達反射原理開展霧滴分布測量工作，相較于人工測量，該種方式所得結果誤差值極小，且具備掃描時效高、精準度高等優勢。

4 植保無人機施藥技術應用到大田作物生產中的概述

4.1 植保無人機的主要優點

首先，該種方式具備操作簡單，可明顯降低人工噴灑作業發生安全隱患問題的概率。人工噴灑是我國傳統農藥噴灑方式，農民在操作過程中會吸入大量的農藥，誘發農藥中毒事件，給農民群眾的生命安全造成威脅。鑒于此，為了降低該種不良事件的發生率，我國引入了植保無人機替代人工農藥噴灑工作，以此完成農作物病蟲害預防工作。該項技術具備自重輕、體積小等優勢，此外操作簡便，不需要學習掌握大量的理論知識，非常適用于農業工作人員。在了解該項技術操作方式時，只需要通過口述講解以及指導的方式，即可幫助農民群眾正確掌握該項技術操作辦法，有效彌補了傳統人工噴灑的不足之處，為農民群眾的生命安全提供了保障[4]。

其次，還可以提高農藥的使用效率，避免過多殘余農藥對土地造成污染。在使用該項技術開展大田農作物噴灑作業時，施藥效率顯著高于傳統設備施藥以及人工施藥。據相關數據統計，一架植保無人機的施藥面積可達10hm2/h，效率為人工施藥的80倍，可以有效縮短藥物噴灑所需時間。以往人工噴灑會讓大量藥物滯留在農作物的頂端，該種方式并不能讓農藥順利作用到農作物中，甚至殘余的農藥還會滴入土壤之中，破壞土壤環境。而使用植保無人機施藥技術，可以有效避開這些問題，該種技術可以將藥物以霧狀的方式均勻的噴灑在每一個植物的角落，強化了藥物的使用效率，藥物會直接作用在農作物上，并不會滴落如土壤中，降低了農藥對土壤的破壞概率。

最后，該項技術占地面積小，且施藥作業具有高度的靈活性。在開展農作物病蟲害防治工作的過程中，使用植保無人機有著極高的價值，其自身體型優勢可以避免地形束縛，順利完成農藥噴灑工作，噴灑范圍廣，可有效提升施藥的效率，消滅對農作物有害的害蟲，提高農作物的產量以及質量[5]。

4.2 植保無人機的不足之處

植保無人機在我國屬于新興技術，研究使用尚處在起步階段，雖然發展速度不斷加快，但并未真正掌握核心技術，故此，在實踐應用中仍存在諸多不足之處。

首先，缺少與植保無人機相匹配的農藥。農藥是植保無人機作業中的主要材料，故此對其要求標準也較高，農藥需要具備霧化、耐蒸發、密度高、附著性能好的優勢。但我國植保無人機發展尚不成熟，國內一些農業生產企業還沒研制出針對該項技術專用的農藥產品，在開展植保無人機噴藥作業過程中只能使用普通農藥，大大降低了植保能力的運用;其次，缺少和植保無人機技術相關聯的規范以及技術標準。這一問題的存在使得農藥在噴灑作業中時常會出現噴灑不均勻、量不足、易散落等問題;最后，缺乏完善的操作人員培訓系統。我國大部分的植保無人機都是通過人工操控的方式完成農藥噴灑作業，一些農民在購入無人機后會因為無法正確操作，影響自主作業的效率。雖然一些廠家會開展技術培訓，但農民操作的技術與專業飛手的技能要求仍有一定距離，很容易出現無人機噴灑質量不達標問題。

5 將植保無人機施藥技術運用到大田作物中的主要措施

5.1 主管部門應擬定植保無人機統一安全使用的標準

我國民航局針對無人機的規范使用以及健康發展，推出了各項通知規定，并對無人機駕駛員的管理擬定了規范條例。但我國對農藥植保無人機的使用規范還不健全，并沒有明確限制分型高度、速度、溫度以及后期維護等，且缺少統一的安全使用標準。其次，植保無人機的主要作用對象為農作物，主要工作目標為農作物的農藥噴灑，但當下有關該項技術專用的藥劑開發有待提升，且農藥的具體用量缺少明文規定，主要依靠人工噴灑經驗以及地面噴灑標準實行。面對這些問題，有關部門應與農村合作社以及植保無人機生產商進行合作，擬定具有針對性、科學性、規范性的作業條例，確保噴灑工作的標準性，避免推廣使用過程中出現不必要的問題。

5.2 應盡快研制無人機專用藥劑以及施藥技術專業標準

植保無人機使用的農藥藥劑和傳統人工噴灑農藥藥劑不同，缺少專業、相匹配的農藥產品，便會使得植保無人機的植保能力無法完全發揮出來。此外，還會影響農作物病蟲害的防治效果。鑒于此，相關部門應整理歸納植保無人機的使用特征，創建和其相對應的專用藥劑以及施藥技術標準，以此達成植保無人機推廣使用的目的。

5.3 強化植保無人機操作專業培訓力度

針對無人機駕駛操作問題，可以開展無人機駕駛培訓工作，以此擴大植保無人機的推廣范圍，為其發展進步提供便利條件。相關部門可以和農業合作社聯手，安排專業技術人員開展植保無人機農戶操作培訓活動，通過技術指導、操作流程講解等工作，讓農民正確掌握植保無人機的操作方式，強化該項技術的作業效率。此外，也要對無人機操作人員開展定期培訓工作，并做好實踐檢驗應技術考核工作，保證技術人員技能操作的規范性、標準性，強化該項技術的安全性能，推動我國農業的發展進步。

5.4 提高研發投入，開展農用植保無人機的升級改造工作

針對上述提到的我國植保無人機缺乏核心技術支持以及發展不成熟問題，相關部門可以在現有無人機的基礎上，對植保無人機的飛行平臺進行優化改造。在這一過程中，主要資金消耗點在于無人機的作業系統以及智能操作系統，資金消耗數額較大，部門應站在我國農業生產發展的角度考慮，將其納入我國科研技術發展規劃之中，創建專門的科研機構鉆研生產，加快其產業化發展速度。

6 植保無人機施藥技術未來展望

6.1 強化其移動操作平臺的安全性與穩定性

在智能時代中，應不斷增加植保無人機中涵蓋的智能功能，將其與移動智能端相結合，讓其順應時代發展腳步不斷前進。這項技術的開發主要是方便農民群眾的操作，使其可以通過手機APP直接操控植保無人機完成上升、懸停、航線規劃、導航等工作，這也是對植保無人機避障功能的完善，可以有效提高該項技術的操作性，解決植保無人機精準度無法提升的問題。

6.2 強化載量以及續航時長

承載質量小、續航時間短是當下植保無人機的主要缺陷，使得其無法更好的參與到農作物的農藥噴灑作業中。故此，在之后的研發優化過程中，應強化其載量以及續航時長，讓其可以推動農業的進步發展。

7 結語

植保無人機在我國大田作業病蟲害防治工作中利用自身適應性強、效率高、用藥省、成本低等優勢進一步提高了農作物農藥噴灑的質量和效率，在其不斷發展過程中，得到了政府部門、農藥生產企業的重視和認可，有著極為廣闊的發展空間。但我國該項技術尚處在起步階段，仍存有一些問題需要我們不斷鉆研、解決，若想強化植保無人機的作用價值，就應加強其普及率以及使用頻率，相關工作部門應提高經濟投入占比，擴增其數量，并盡快研制配套農藥藥劑，培養更多的飛行人員，推動該項技術的推廣使用。

參考文獻

[1] 王克健，李莉，呂強，等.柑橘園植保無人飛機低容量噴霧技術探索——以柑橘木虱和潛葉蛾防控為例[J].中國農業科學，2020，53（17）：3509-3517.

[2] 許燎原，翟婧，顧國偉，等.寧波地區甬優系列雜交稻病蟲害的植保無人機防治技術試驗與示范[J]浙江農業科學，2019，60（12）：2257-2259+2263.

[3] 何勇，肖舒裴，方慧，等.植保無人機施藥噴嘴的發展現狀及其施藥決策[J].農業工程學報，2018，34（13）：113-124.

[4] 鄭紅.無人機低空施藥技術的研究現狀與展望[J]陜西水利，2016（05）：135-137.

[5] 蒙艷華，周國強，吳春波，等.我國農用植保無人機的應用與推廣探討[J].中國植保導刊，2014，34（S1）：33-39.