無人機在現代智慧農業發展中的應用研究

黃益敬

（蒼南縣農業農村局，浙江 溫州 325800）

0 前言

近年來，隨著科學技術快速發展，無人機技術在農田管理、病蟲害防治、農藥噴灑、環保測評等方面越來越成熟，并且已經在很多領域得到應用，比如森林消防救援和農業植保、環境保護等。當前，我國農業植保無人機備受關注。用于農林植物保護作業的無人駕駛飛機，主要是通過地面遙控或GPS飛控來實現噴灑藥劑，無人機植保作業與傳統植保作業相比，具有精準作業、高效環保、智能化、操作簡單等特點，為農戶節省采購大型機械和大量人力的成本，適應復雜的山地環境，實現智慧精準和信息化農業[1-2]。

習近平總書記曾經指出，中國人的飯碗要牢牢端在自己手里。而糧食問題關系到民生根本、國家大計。中國是世界上最早種植水稻的國家，而水稻病蟲害防治是農業植保中重要的內容之一，如何更精準地管理和噴灑農藥對無人機技術提出了更高要求，從早期手動式噴灑器到背負式噴霧器，再到現在的無人機技術的迭代升級和應用無不體現農業智慧。而隨著土地流轉的加快，農村勞動力不斷減少和老齡化加劇，農業植保無人機的需求也在逐步加大，農機專業組織、種糧大戶、家庭農場、農業合作社對農業植保無人機的需求越來越旺盛，未來市場比較樂觀，如何應用農業植保無人機成為人們越來越關注的問題。

1 現代農業無人機主要優點和發展方向

無人機已逐步應用于農業植保病蟲害防治、追肥施藥過程當中。未來無人機在民用綜合領域和專業領域上不斷普及和發展，其主要優點和發展方向如下。

1.1 主要優點

1）安全性高。無人機具有穩定性，可靠性，發生故障會自動返航。

2）便于維護。無人機操作簡單靈活，維護和保養簡便，維護成本低。

3）適應環境。對起降場地無特殊要求，適應復雜環境，抗風能力、抗擊打能力強[3]。

1.2 主要發展方向

1）載重機型。未來發展機型如農林調查、氣象監測、森林救災、環境保護、新聞報道、邊防巡邏等將成為行業主流。農業無人機早期機型以10 L為主，逐步發展到15 L、30 L、100 L，在一定范圍內載重量不斷增加，滿足了不同需求。

2）噴灑技術。目前常見的霧化方式有離心噴灑和壓力噴灑系統，離心式噴灑具有流量大、粉劑適應性強的特性，在果樹上更有優勢；而壓力式屬于常規霧化，優勢在于成本低，穿透能力稍強。

3）定位技術。定位方式目前普遍采用的是GNSS衛星定位，精度為米級，簡單易用。而RTK高精度定位技術，能夠實現厘米級定位精度，以建圖測繪、果樹作業等技術為前提，實現空地一體化技術[4-6]。

2 植保無人機在智慧農業、農險理賠中的應用

小型無人機在農業植保中的使用范圍和使用次數逐漸提升，作用也越來越明顯，在實現農業機械化生產以后，還需向智慧農業及農險理賠進一步應用。

2.1 無人機在植保和噴灑方面的應用

1）進行農田噴藥作業智能感知。利用小型無人機對農作物進行噴藥作業時，能夠搭載15 kg的藥水，一天的作業面積能夠達到30 hm2以上，相當于傳統的人工噴藥作業50人一天的作業量，不會重復施藥，能夠起到預警感知的作用。

2）智能進行人工除草精準度分析。因為小型無人機在農業測繪時利用遙感技術優勢，實行精細化多光譜鏡頭，可進行出苗、雜草分析和研判，為后續精準變量噴灑農藥提供了實現的可能[7-9]。

3）實現專家在線指導助力決策。農業無人機是農業裝備的一種機械，農業生產現場無人機各種傳感器節點為專家在線指導。如水稻病蟲害，依托互聯網技術，幫助農戶智能分析蟲害情況，提出解決辦法[10]。圖1為無人機在水稻田噴藥作業。

圖1 無人機在水稻田噴藥作業

2.2 無人機在農險理賠方面的應用

農作物的生長常常受自然條件的影響，而無人機應用后農業保險賠付添加到了無人機業務當中。這是老百姓口中的“靠天吃飯”，一旦農民受自然災害天氣的影響，那么農作物就會遭受損失。而無人機在農險理賠中發揮了重要作用，大大降低了損失程度，減少了農民承受壓力。

3 智慧農業植保無人機現狀及不足

以溫州蒼南縣為例，該縣植保無人機起步比較晚，但發展速度比較快。得益于目前無人機有了核心的科學技術，先進成熟的電動雙旋翼無人機在溫州蒼南得到了廣泛的應用和認可。

3.1 蒼南縣農業植保無人機現狀

蒼南縣常住人口84萬，水稻種植面積15萬畝，植保作業投入勞動力少，手動式噴灑器與背負式噴霧器分別占該縣植保機械10%和20%，無人機植保占70%。傳統噴霧機器械工作效率低下，作業時間長，農藥利用率不高，防治病蟲害效果不佳，甚至還會造成環境污染，起不到控藥的作用，而農業植保無人機卻能很好地實現上述目標。有人曾預言“無人機的未來在農業”。的確，當人們試圖在城市里將無人機用于航拍、物流、娛樂時，發現會受到空域管制、公共安全等多方面的限制。而在廣闊的田間地頭，飛防滲透率有巨大差異，助推了農業機械化的發展。截至2019年7月，蒼南縣共有8家飛防企業，無人機保有量50臺，其中極飛6臺，有執照的無人機駕駛員共32人，駕駛員年齡為25～40歲，年齡結構呈年輕化趨勢。

3.2 蒼南農業植保無人機存在的問題

1）續航里程時間短。以極飛無人機型為例，該機型主要采用鋰聚合物電池作為主要動力來源，續航一般在15至20分鐘之間，這是農業植保無人機一個致命的短板，如何延長續航時間，解決無人機瓶頸問題迫在眉睫，另外無人機載重量較輕。2）農業植保無人機價格偏貴，因無人機類型不同，價格也有所不同，雙旋翼無人機以極飛無人機為例，目前市場30 kg載重量價格為5萬元左右，加上全套噴藥系統則達到8萬元～10萬元。3）無人機專業飛手和維修人員缺乏。目前取得無人機專業飛手和專業維修資格的人員很少，基本上都是生產廠家的專業技術人員，像農民經濟合作社、家庭農場等組織沒有自己的專業飛手和維修人員，必須邀請生產廠家來人操作和維修，導致農民購買有所顧慮和擔心。農用植保無人機調查表如表1所示。

表1 蒼南縣農用植保無人機情況調查表（2019年1月1日—2019年7月17日）

4 智慧農業植保無人機的建議措施

從目前無人機在農業植保中的應用情況可以看出無人機對農業發展和機器換人起到關鍵作用，無人機技術的成熟和快速發展能夠體現我國現代農業發展水平。然而在當前，我國無人機技術在農業植保應用當中仍處在初級階段，距智慧現代農業還有很長的路要走，如何解決目前智慧農業無人機技術方面的難題，是我國亟待解決的問題。

4.1 加快科技研發，解決續航問題

目前，農業植保無人機在現代農業中切實起到了機器換人的作用，但是存在著無人機蓄電池飛行續航時間里程短的問題。建議科研團隊從這方面加快對小型無人機技術的研發升級改造，使其具有更強續航能力，特別是提高其負載承載量，同時要滿足快速充電能力。像極飛無人機這款快速充電的電池只需5分鐘就可以充滿，飛行航行時間約15～20分鐘。

4.2 政府部門出臺相關激勵政策

政府相關部門出臺相關支農惠農政策，加大財政扶持力度，從而降低農業植保無人機購買成本，激發農戶購買需求和意愿。據了解，目前還有多省份農業植保無人機型未納入財政補貼目錄，無人機價格讓農戶猶豫不定。因此，出臺相關財政政策，激勵支持應用農業植保無人機飛防事業，可以節約大量人力物力，節約農業投入成本，減少環境面源污染，提高農業生產效率。

4.3 培養專業飛手和維修人員

由于消費者對大型無人機的購買能力較低，企業研發成本較高，而小型無人機能更好地應用于農業植保，需要成立相關的專業農業服務團隊，培養技術人員，指導農民正確使用，避免不規范的操作對無人機產生的損害，同時要持續培養無人機專業飛手和專業資格技術人員負責維修作業，還要建立健全維修網點，提升服務質量。無人機一旦出現故障能及時快速進行維修，同時也可提供保養服務，直接降低農戶對無人機的整體運營成本，激發消費者的購買意愿，提高小型無人機的使用數量和擴大范圍，形成市場良性循環。

4.4 加大信息宣傳力度

植保無人機具有特點和優點，才能真正讓農戶有購買愿望。政府部門需要加大政策引導，企業部門需要加大科研成果展示，通過政策與技術合力，形成重要載體，營造植保無人機家喻戶曉的濃厚氛圍。

5 結束語

本文通過對農業植保無人機主要優點和發展方向進行綜述，闡明了無人機在現代農業上的廣泛應用及重要意義，提出進一步研發續航時間長、載荷能力強、穩定性高、定位精準的農用無人機以及未來相配套的遙感數據后處理方法。將其應用在農田土壤結構分析、病蟲害情況監測、作物種植面積測算、作物追肥施肥及其生長狀況實時跟蹤監測中，能夠快速判斷、精準決策，推動現代智慧農業的發展，為未來農業無人機的精準生產指明了方向，同時滿足現代農業植保和廣大農戶需求，提升農業生產效率，為“三農”保駕護航，助力鄉村振興。