農用植保無人機的研究現狀及趨勢

劉春生

(木蘭縣農業機械總站，黑龍江 木蘭 151900)

0 引言

農用植保無人機應用在農業生產各項作業環節，在播種、植保、病蟲害預防、農作物長勢監測及作物產量預測等方面具有眾多應用優勢[1-2]，結合地面遙感及GPS技術，可以實現農業中的藥劑噴灑，農作物生長監測等，與傳統農業相比，無人機具有精準作業、高效環保、操作簡單、自動化及智能化程度高等特點，可以顯著提升農業生產效率，保障我國糧食安全，加快農業現代化進展[3-5]。

由于技術操作、出售價格、無人機載重等綜合因素，目前，我國農用無人機的市場滲透率并不高，相較于國外超過50%的滲透率，我國還不到兩位數，技術差距非常明顯[6]。針對該問題，我國需要加強無人機技術創新升級，推動功能多樣化發展，簡化操作流程，提升載重能力，擴大產品產量，提高產品質量，健全無人機配套設施，農用植保無人機的生產應該向綜合集成化、高度智能化及高空、高速、長航時方向發展，實現智能自主能力增強、任務效率更高、單次任務半徑更大和信息獲取更加準確等諸多性能農用植保無人機，提升我國無人機技術的發展及市場競爭力[7]。

1 農用植保無人機的應用優勢

農用植保無人機主要包括固定翼無人機和多旋翼無人機，結合田間信息采集平臺及多光譜成像系統，可以實現農業無人機遙感技術、農作物長勢監測、精準變量施肥技術、作業參數優化、大田及果園施肥技術、作物產量評估等，可以彌補傳統農業監測設備作業范圍小，實時監測困難等問題，替代傳統衛星遙感監測，減少農業生產投入，已經發展成為目前支撐農業現代化發展的重要技術之一[8-9]。

1.1 提高農業生產效率

利用農用植保無人機進行農業生產，噴灑作物效率超過0.133 hm2·min-1，平均一天一架無人機可以作業面積超過40 hm2，極大地提高農業生產效率，解放勞動力。利用無人機進行施藥可以實現精準作業，藥劑霧化后在旋翼的作用下穿透力較強，霧滴飄逸少，霧滴均勻。農用植保無人機的操作非常簡單。田間的種植者只需要通過遙控器按下相應的按鈕，飛機就會完成相應的動作。另一方面，農用植保無人機還具有“仿地飛行”功能，可以根據地形的變化自動保持機身與農作物之間的高度，全面提高農業生產效率。

1.2 提高農業生產安全性

與傳統植保技術相比，利用農用植保無人機可以保護施藥人的身體安全與健康，在進行噴藥過程中可以避免農業工作人員受到藥物的侵害，防止施藥人員出現農藥中毒，農用植保無人機在空中可以實現定點噴灑農藥，農用植保無人機旋翼產生的強大氣流可以直接將藥液壓迫作用至作物各個生長領域，提高農藥使用效率，保證農藥噴灑的安全范圍與區域，保護農田生態環境，安全性、可靠性較高。

2 農用植保無人機應用范圍

2.1 農用植保無人機噴灑作業

農用植保無人機可以實現農藥的自動定量、控制和少量噴灑，工作效率為傳統背式及懸掛式噴霧器的8～10倍。農用植保無人機噴灑農藥時，旋翼產生的向下氣流有助于增加農藥對作物的滲透力，可節約30%～50%的農藥，節約90%的用水量，減少農藥污染對土壤和環境的影響。

2.2 農作物種植

農用植保無人機播種技術是近幾年興起的一項空中播種技術，可以將種子及其生長所需的全部營養素一起注入土壤，在施肥和播種方面充分顯示較大的優勢，與傳統農業生產機械相比，農用植保無人機具有播種施肥程度高、效率高的特點，不受地形條件限制。

2.3 農田灌溉

利用農用植保無人機在農田上方可以觀察不同濕度下農田土壤的顏色變化，自動生成地形地圖，農戶及生產工作人員可以利用農業植保無人機航拍獲得的信息，對數據庫中存儲的信息進行識別和對比，科學、合理、高效、精準地進行農業灌溉；另一方面，利用農用植保無人機還可用于觀察農田土壤水分不足導致的植物葉、莖、嫩枝枯萎現象，以此作為判斷農田作物定額灌溉的參考，實現農田灌溉的高效與節水。

2.4 農田信息監測

農業植保無人機農田信息監測主要包括病蟲害監測、農田灌溉監測、作物長勢監測等，基于遙感技術，對大面積的農田和土地進行高空航拍，從航拍照片和視頻資料中全面、綜合地了解農作物的生長環境、周期等指標，還可以及時發現病蟲害、細菌入侵等問題，及時防治，減少病蟲害的擴散與蔓延是常規傳統農業監測手段無法比擬的。

2.5 農業保險調查

在進行農業生產時，由于不可避免的自然災害等因素會給農戶帶來極大的損失，對于農作物面積較小的農戶來說，進行區域損失調查并不困難，但是當大面積農作物遭受到自然侵害時，進行農作物面積及損失評估工作較難展開，工作量極大，很難準確界定農業生產損失面積。為了更有效地測算實際受災面積，農業保險公司可以利用農用植保無人機開展農業保險災害損失調查，并以此作為農業保險理賠的評價標準。有效提高農業保險公司的查勘速度，節省了大量人力物力，提高賠付率及賠付的準確性。

3 國內外研究現狀

3.1 國外農用植保無人機研究現狀

目前，國內外主要以美國、俄羅斯、澳大利亞及日本等國家無人機技術發展最為先進。美國是目前世界上農用植保無人機技術應用最為成熟的國家，已經成立了關于農用植保無人機相關企業2 000多家，并且成立了國家農業航空協會(National Agricultural Aviation Association，NAAA)，主要成員是來自46個州的會員。目前，美國國內農用植保無人機共有20多種型號，4 000多種機型，全美超過60%的農田使用農用植保無人機進行農事操作，在農業政策方面國家大力支持并扶持農用無人機植保作業，大量的科研資金投入也是推動農業科技發展的重要因素之一。

俄羅斯農業顯著特征為地廣人稀，目前擁有龐大的農用植保無人機數量，可達1.1萬架。澳大利亞及加拿大農用植保無人機發展模式與美國相似。日本耕地面積較小，同時也是最早使用微型無人機應用于農業的國家，目前日本農用植保無人機保有量超過3 000架，專業農用植保無人機操作人員超過1萬人，其中農用植保無人機以YAMAHA 及 RMAX系列為主，進行農業的播種，以及病蟲害防治作業，也被國際市場譽為“空中機器人”。

綜上所述，目前農用植保無人機已經成為世界各國農業生產的主要設備之一，在農業生產規模較大的國家主要以大中型農用植保無人機為主，而日本、韓國等農業生產面積較小的國家主要以微型及小型農用植保無人機為主。

3.2 我國農用植保無人機發展現狀

為了提高農業生產效率，加快農業現代化進程，在19世紀50年代，我國派出C-46型飛機在廣州進行農業滅蟲的飛行任務，揭開了我國農用植保無人機發展的序幕。經過我國的不斷發展及科技進步，我國農用植保無人機保有量逐漸增加，截至2021年，我國農用植保無人機作業面積超過20多萬hm2，作業時間超過3.5萬h，但是與國外發達國家的農用植保無人機技術相比，農業航空發展水平與我國農業經濟發展及現代化進程需求不匹配。本研究以全豐航空生產的自由鷹MINI系列及DP系列為例進行分析，主要工作參數如表1、表2所示。

表1 自由鷹MINI技術參數

表2 自由鷹DP技術參數

4 農用植保無人機未來發展趨勢

農業植保無人機產業的成熟發展，除了無人機本體和各種軟硬件應用外，相關農業植保無人機配套設施也至關重要，如噴頭、續航電池等技術，未來，我國要完善農業植保無人機配套設施的建設，加速推動無人機后服務市場建設，農業植保無人機的研究技術應該向綜合集成化、高度智能化、長航時方向發展，實現農用植保無人機單次執行任務效率更高。另一方面，通過鼓勵無人機人才培訓市場、無人機維修市場、無人機定責保險市場等不斷發展，進而推動無人機的長足發展。近期，農用植保無人機低空飛行引發的撞擊障礙物、撞地事故頻發，加強科研資金的投入，加強相關核心技術的研究，提升農用植保無人機的穩定性與安全性發展，避免上述問題的發生。

5 結論

農用植保無人機主要包括固定翼無人機和多旋翼無人機，可以進行農業無人機遙感技術、農作物長勢監測、精準變量噴灑技術、作業參數優化、大田及果園施肥技術、作物產量評估等，已經發展成為目前支撐農業現代化發展的重要技術之一。本研究系統論述了農用植保無人機國內外發展及應用現狀，提出農用植保無人機的主要發展方向與發展趨勢，研究結果對于推動國內外農用植保無人機技術的發展、推動農業現代化進程具有重要意義。