無人機在小麥病蟲害防治中的應用探索

小麥在食品加工、飼料等方面有著廣泛的用途，其產(chǎn)量與質量對于各個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展都具有重要的影響作用。在現(xiàn)階段小麥栽培管理中，很多種植者采用傳統(tǒng)的栽培管理方式，在同一塊土地連種小麥，小麥病蟲害的發(fā)病率逐漸上升。相關部門推廣使用新型控制方法來進行病蟲害防治，而無人機可以代替人工對作物噴灑藥液或者是其他作業(yè)，能夠有效減少施藥量以及減輕勞動強度。農業(yè)生產(chǎn)過程，不可避免地存在著病蟲害威脅，傳統(tǒng)上都是手工噴灑殺蟲劑，效率低下，而且勞動強度也較大，難以控制病蟲害傳染。因此，利用無人機進行作業(yè)可以有效地解決這些問題，降低勞動力成本，提升工作效率，而且還能減少環(huán)境污染，保護生態(tài)環(huán)境。然而，我國農業(yè)機械化水平還不高，各地區(qū)需要大力推進農業(yè)機械化建設，應緊跟時代步伐，因地制宜，創(chuàng)建農業(yè)的高效發(fā)展模式，提升農業(yè)經(jīng)營效率。

一、無人機在小麥病蟲害防治中的應用優(yōu)勢

1、效率高、安全性高

無人機是一種非常重要的高新技術，也是促進生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展的關鍵技術。無人機防治小麥病蟲害具有十分明顯的優(yōu)勢，傳統(tǒng)小麥病蟲害控制操作需耗費大量人力且效率較低。無人機具有靈活便捷、高效低耗等特點，可以有效提高農業(yè)生產(chǎn)效益和產(chǎn)量，促進我國現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展。在正常工作情況下，無人機可以運載大約40公斤的農藥，工作效率遠高于人工作業(yè)。經(jīng)調查統(tǒng)計，一架無人機噴灑一畝地的農藥，只需要一分鐘，相對于人工作業(yè)而言，作業(yè)最少要做50分鐘。另外，通過使用無人機進行作業(yè)時還能有效地避免人員傷害，與傳統(tǒng)方式相比，其安全性也更具優(yōu)勢。目前，我國農業(yè)生產(chǎn)以化學防治為主，但化學農藥容易出現(xiàn)殘留和污染環(huán)境等問題。眾所周知，農藥會給人體帶來很大傷害，如果人長時間接觸含有農藥成分的空氣和水，就會產(chǎn)生中毒癥狀，對人類健康構成威脅。無人機為遙控模式，把農藥從工作人員中分離出來。當工作人員需要施藥時，無人機會自動開啟，通過無線信號控制噴頭噴灑藥液，并能及時記錄噴藥過程和效果。這樣既能保障種植者人身安全，也確保施藥作業(yè)的安全、高效地進行，確保了農藥的安全使用。同時，無人機具有自動飛行功能，能夠根據(jù)農作物生長環(huán)境自主選擇適合的噴藥時間和方式。另外，無人機可安裝攝像設備，通過對攝像頭進行拍攝和分析處理，能夠得到農作物生長過程以及病蟲發(fā)生情況等信息，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)為植保人員提供指導意見或建議，可以在農藥使用的同時，對農業(yè)上實際病蟲害發(fā)生情況進行實時監(jiān)控，從而采取及時有效的應對措施。

2、減少農業(yè)生產(chǎn)成本

相對于傳統(tǒng)勞動而言，無人機勞作特性是獨一無二的，更加高效。在農業(yè)生產(chǎn)中使用無人機進行農藥噴灑，能夠提高作業(yè)效率并減少農藥用量，從而降低生產(chǎn)成本。常規(guī)農藥噴灑易造成浪費，主要表現(xiàn)在人工灑藥在農田中施用不均勻，人為失誤，直接傷害農作物。在這種情況下，無人機就可以代替人力完成農藥的噴灑作業(yè)，不僅可以防治疾病，同時也提高了農業(yè)產(chǎn)量，避免傳統(tǒng)病蟲害防治的不足。此外，無人機還可用于農業(yè)種植過程中對作物生長狀況實時監(jiān)控、指導以及精準施肥等方面，在未來農業(yè)發(fā)展中將有廣闊的應用前景。無人機以其體積小、重量輕、機動靈活等優(yōu)點受到了全國各地及企業(yè)的重視，已被廣泛地應用于軍事、民用領域。

3、操作方便

無人機雖為高科技產(chǎn)品，常需專業(yè)技術人員操作，但其控制智能化的方法很簡單。智能控制使得施藥更加準確，降低農藥漂移和低空噴灑，提高農藥的使用效率。目前我國無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為農業(yè)生產(chǎn)的重要設備之一，在農業(yè)小麥種植領域發(fā)揮著越來越大的作用。無人機小巧輕便，便于攜帶、維修且折舊率較低。同時也具有很好的靈活性和機動性，可以根據(jù)實際情況選擇不同作業(yè)模式。從整體上看技術水平較高，不容易被外界因素所左右，操作難度小。在我國南方地區(qū)，夏天天氣炎熱潮濕，昆蟲活動旺盛，夏季高溫期白天氣溫較高，化學物質易揮發(fā)和中暑，無人機可依靠計劃進行工作，晚上自動飛行，極大地降低了化學氣化及中暑發(fā)生率，使得全天候飛行得以實現(xiàn)。

二、無人機在小麥病蟲害防控中的關鍵技術

1、變量施藥

可變農藥噴灑在無人機研制過程中始終處于領先地位。變量施藥能夠幫助解決無人機的過度使用問題，有利于減少成本的投入，進而提高應用效率。無人機飛行過程中，如何通過合理有效的噴霧來滿足不同作物和環(huán)境下對農藥的需求具有重要意義。現(xiàn)有無人機技術所采用的可變霧化系統(tǒng)多是以脈寬調制技術為基礎，根據(jù)占空比變化，對隔膜泵轉速進行控制，由此調整霧化后藥物用量。通過在無人機上加裝一個可調壓力閥，改變霧滴粒徑大小，以達到更好的降塵效果。另外還開發(fā)了地面站控制軟件，采用多傳感器融合技術，對霧化參數(shù)進行實時監(jiān)控，達到藥物應用流量和飛行速度自動匹配的目的。

2、避障技術

利用無人機技術進行農藥噴灑的過程中，多數(shù)農田周邊環(huán)境比較復雜，或者存在建筑物，電網(wǎng)、通訊及其他設施影響無人機使用安全。為了避免這些問題，需要采用智能控制技術來保證無人機飛行的安全性和穩(wěn)定性。無人機在實踐中還充分考慮到自主避障的技術，使得其可以根據(jù)環(huán)境情況靈活調整飛行路徑并進行作業(yè)，具備較強的自動避障能力。無人機避障技術難點是障礙物自主識別問題，需要進一步設置輔助避障系統(tǒng)，規(guī)范避障過程標準。其中，最重要的就是有效確定不同類型障礙物對飛行器運行狀態(tài)的影響程度，并在已有的技術下應用激光位移傳感器避障技術。

3、霧滴檢測技術

與霧滴附著特性相結合，可直接對無人機噴霧質量進行判定，由霧滴密度與50%有效附著量來確定。在具體運用時，要根據(jù)無人機噴霧液滴粒徑范圍，選擇適當?shù)姆绞剑瑢τ诓煌淖鳂I(yè)任務，可依據(jù)霧滴沉積率對霧滴進行分類并確定相應的評估指標。其中霧滴密度評價法可能存在霧滴重合情況下的誤差，為此，將霧滴沖擊分布特性與工作效率要求相結合，選用50%有效沖擊判定法。無人機執(zhí)行任務的工作量很大，效率也很低，必須著力突破液滴分布信息的精準獲取這一關鍵點。通過對紅外熱成像技術進行研究，可得到噴涂前、后環(huán)境熱差，探測霧滴的分布范圍及濃度。該技術可用于評估在特定環(huán)境空氣中進行涂料噴涂機作業(yè)時是否需要對工件表面施加涂層保護以減少或避免發(fā)生火災等安全事故。利用激光掃描儀在被測表面上形成一個光斑來獲取被測物體表面溫度場信息，再將這些數(shù)據(jù)進行處理后得到待測目標區(qū)域的溫度場分布，進而實現(xiàn)對噴槍霧化質量的評價。相對于傳統(tǒng)人工測量而言，這一新方法所得測量結果誤差值較低，精度較高、周期短的優(yōu)點。

三、無人機防治小麥病害蟲存在問題

1、無人機的穩(wěn)定性有待優(yōu)化

無人機尚在發(fā)展初期，許多技術問題都亟待解決，例如，無人機在穩(wěn)定性方面就出現(xiàn)了一些問題，有待進一步優(yōu)化。目前無人機在我國農業(yè)領域應用比較廣泛，但是其發(fā)展并不成熟，還有許多地方有待完善和改進，實現(xiàn)無人機全面推廣是很有必要的。技術人員需要對無人機工作進行科學規(guī)劃，避免在農業(yè)活動中出現(xiàn)盲目用藥情況，有效解決農藥的重復噴灑和噴漏問題。在農業(yè)生產(chǎn)中推廣使用無人機是未來發(fā)展的趨勢之一，也是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必然要求。與此同時，相關部門也會頒布無人機的有關行業(yè)標準，統(tǒng)一無人機的生產(chǎn)標準，保證了無人機自身功能與效果的平穩(wěn)發(fā)揮，提高了農戶對無人機選購、使用的信心。另外，無人機在農田中能夠進行定點作業(yè)，可以減少勞動力投入，將使無人機更易為廣大農民所接受。

2、國家對無人機的扶持不到位

國家對于無人機扶持不足，農戶購置農業(yè)裝備欠缺。無人機作為一種新興的應用技術，近年來逐漸走入了市場，尚未獲得地方政府政策扶持。農民對于使用無人機的需求不是很強烈，甚至對于無人機的優(yōu)勢和性能并不清楚，挑選農業(yè)設備過度關注價格而忽略性能，阻礙了農業(yè)種植的現(xiàn)代化發(fā)展。因此，各地區(qū)政府需要出臺若干扶持當?shù)剞r業(yè)發(fā)展的相關政策，提高農戶購置無人機數(shù)量。

3、無人機價格昂貴

現(xiàn)實調查結果顯示，當前的農機市場中無人機價格統(tǒng)一保持10萬元以上，雖然相比于傳統(tǒng)農業(yè)作業(yè)方式具有一定優(yōu)勢，但與其他機型相比較，價格偏高導致其應用范圍受到限制。另外在應用的過程當中，還要有專用工具與車輛相配合，方能起到真正的效果，而這種特性，對缺乏地方政策補助的農民而言是一筆巨大的開支。同時，隨著技術進步，無人機已經(jīng)具備一定的續(xù)航能力，能夠滿足大部分地區(qū)農業(yè)作業(yè)需求，但是在某些區(qū)域，特別是山區(qū)或者丘陵地帶，無法進行大面積的農田覆蓋作業(yè)。另外，因為鋰電池在無人機運行過程中是主要動力來源，當農戶工作量大時，必須配備2節(jié)以上的鋰電池，更進一步提高無人機使用成本。

四、無人機對小麥病蟲害防治的優(yōu)化措施

1、注重專業(yè)技術人員培訓工作

采用新技術，必然要有大批專家、技術人員。在農業(yè)生產(chǎn)中，專家往往要與眾多農業(yè)領域打交道，但專家們又很難直接為農民解決問題。無人機本身是一種高科技產(chǎn)品，農民對此還是相當陌生的。如果農民不能掌握無人機的操作技巧和方法，就會造成很多不必要的損失。所以專家們一定要對農民進行輔導與訓練，更好地為廣大農村地區(qū)服務，在全國范圍內推廣無人機作業(yè)技術，并建立專業(yè)的技術培訓中心。各地區(qū)擬定各種農田病蟲害的防治操作規(guī)程，給農業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)帶來科技與人力支持。同時，在無人機使用中，要對使用者進行專業(yè)培訓，建立嚴格的設備維護及操作規(guī)范，保證無人機能保持穩(wěn)定運行，最大化地發(fā)揮其作用。

2、注重專業(yè)藥品的研究與開發(fā)

無人機的使用一方面依賴于裝備自身智能化，另一方面也要與相應藥物相配合。比如，無人機上搭載了植物生長調節(jié)劑，這種藥劑能夠調節(jié)葉片和果實內的激素含量，從而促進農作物生長，增加產(chǎn)量，目前，我國水稻病蟲防治以化學農藥為主，但是隨著農作物產(chǎn)量的不斷增加，農藥使用量也隨之增長。所以在研究和開發(fā)的過程當中，技術人員要加強病蟲害農藥研發(fā)，積極利用生物工程、基因工程和其他先進技術，使用無公害綠色農藥。在充分考慮有關氣候條件的情況下，要結合當?shù)貙嶋H情況合理應用各種新型農藥品種和方法，保證農藥的最佳防蟲效果。同時，通過田間管理措施，使水稻生長健壯，提高其抗病能力和抗逆性能。因此，農業(yè)研發(fā)人員應重視藥劑的使用，應在符合環(huán)保要求的前提下，篩選出防治效果最好的藥劑。

3、加大補貼力度

無人機市場推廣時遇到的核心問題就是售價太高，造成個體種植戶難以承受購買成本。針對這種現(xiàn)象，地方政府必須首先按照國家的政策標準，建立有關補貼制度，由地方農村信用社主導，配合銀行業(yè)金融機構，解決了農戶購置設備緊張問題。另外，地方政府還要建立專業(yè)合作社或種植大戶協(xié)會等組織，為農戶提供資金支持，幫助其降低購買成本。同時，地方政府也應積極進行公關活動，在農戶中普及無人機使用帶來的益處，補貼購機，使無人機得到大面積的推廣。

五、無人機在小麥病蟲害防治中的運用實踐

農業(yè)領域中無人機技術的崛起與應用，對應于精準農業(yè)這一理念，利用先進的遙感手段對農田進行監(jiān)測。種植人員通過對遙感圖像進行分析，對農作物光譜數(shù)據(jù)進行快速采集，利用這些數(shù)據(jù)來研究作物生長狀況并制定防治措施，從而實現(xiàn)精確管理和有效控制蟲害。無人機在小麥病蟲害防治中的應用較為廣泛：

一是小麥卷曲病害無人機遙感監(jiān)測技術。通過分析不同地區(qū)的小麥品種和氣象因素等信息，可以確定小麥的抗病性情況。無人機遙感航空成像技術的應用，基于構建原始圖像，得到小麥圖像，由不同顏色特征參數(shù)判斷小麥全糧病害危害情況，實現(xiàn)小麥病蟲害大面積快速監(jiān)測。同時，也可以實現(xiàn)對農田中作物長勢信息進行實時采集和動態(tài)監(jiān)控，并及時發(fā)布預警預報信息。以無人機為空中監(jiān)測平臺，攜帶各種遙感探測設備和相應軟件，集微波傳輸、計算機圖像處理于一體。該系統(tǒng)在田間進行實地監(jiān)測和拍攝，通過與地面測站對比來獲取不同層次上的信息，從而得到更加準確可靠的結果。無人機高分辨率航拍圖像，可用來對小麥全部病害進行樣本數(shù)據(jù)分析和圖像采集。在此基礎上建立一套完整的病斑識別模型及算法，并根據(jù)其結果進行分類判斷和統(tǒng)計計算，從而實現(xiàn)小麥病害程度的快速評估。具體地說，小麥色澤因植株色素不同而異，常見的植物病害、生理性損傷之后，葉片色素顯示出明顯的差異，因而小麥顏色特征為損傷等級分級提供了重要指導，并結合遙感影像和田間調查資料，提出一套完整的病斑提取方法。

二是雄性蚜蟲和小麥葉蜂防治。雄性蚜蟲和小麥葉蜂是對小麥構成威脅的重要蟲害，使用無人機防治，可取得良好防治效果，特別適用于不宜人工噴施農藥的氣候。在無人機噴灑的幫助下，能大范圍地將害蟲殺死，取得了控制效果，且對作物無傷害。在和背負式噴霧機用同一種農藥條件下，噴藥7天，和無人機擬態(tài)相當，通過對比發(fā)現(xiàn)，噴藥時間越長，對農作物損傷越大，其結果有明顯區(qū)別。另外，無人機還能夠根據(jù)需要調節(jié)噴霧量，若在噴藥當天刮大風，則無法進行噴藥，但對無人機進行控制卻能克服這一難題，發(fā)揮無人機具有較大適應性的優(yōu)勢。因此，在控制效果上，與背負式噴霧機相比，無人機能夠利用較多農藥達到較好的操控效果，其優(yōu)點是農藥用量小。

總之，隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對于飲食方面有了更高要求。在此背景下，小麥栽培技術得到進一步優(yōu)化，這為廣大農民帶來巨大經(jīng)濟效益的同時也促進著農業(yè)可持續(xù)發(fā)展進程。經(jīng)過大量的實踐研究發(fā)現(xiàn)，無人機對小麥病蟲害的控制效果突出，但各地區(qū)農業(yè)種植受到環(huán)境條件制約，將無人機綜合運用于小麥病蟲害防治仍有較大改進空間。在農業(yè)發(fā)展過程中，結合傳統(tǒng)人工病害蟲防治效果以及目前農業(yè)現(xiàn)代化環(huán)境進行分析，無人機技術在農業(yè)實踐中的應用會更加全面，不但對作物生長有著促進作用，還會推動整個農業(yè)現(xiàn)代化進程。各地區(qū)應重視降低農戶的購置成本，采取適當?shù)拇胧┙o用戶帶來更好的體驗，進而促進無人機及其相關技術的可持續(xù)發(fā)展。

（作者單位：466132河南省商水縣白寺鎮(zhèn)人民政府）