黑龍江省北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)植保無人機應用研究

王小方 楊澳 臧佳怡 張長宇

基金項目：2020年黑龍江省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202010236057）；2019年度黑龍江省省屬本科高校基本科研業(yè)務費項目階段性成果（KYYWF10236190143）

第一作者簡介：王小方（1989-），女，碩士，講師。研究方向為財務管理理論與實務。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.042

摘? 要：我國是農(nóng)業(yè)大國，黑龍江省是農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是頭等大事，農(nóng)業(yè)植物保護工作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的一個方面。對黑龍江省植保無人機的發(fā)展現(xiàn)狀進行梳理，結合目前植保無人機普及存在的問題，提出相應的解決對策。

關鍵詞：黑龍江省；北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；植保無人機；經(jīng)濟效益；優(yōu)勢

中圖分類號：S252.3? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）13-0175-04

Abstract： China is a large agricultural country， Heilongjiang Province is a major agricultural province， agricultural production is the top priority， agricultural plant protection work is an important aspect of agricultural production. This paper analyzes the development status of Plant Protection UAVs in Heilongjiang Province and， aiming at the problems existing in the popularization of Plant Protection UAV， puts forward the corresponding countermeasures.

Keywords： Heilongjiang Province; Beidou Satellite Navigation system; Plant Protection UAV; economic benefit; advantage

植保無人機是無人機產(chǎn)業(yè)領域一顆冉冉升起的新星，市場發(fā)展非常迅速，發(fā)展前景一片光明。與傳統(tǒng)的植保作業(yè)相比，利用植保無人機進行植保作業(yè)更加高效、方便、準確，具有保護環(huán)境、節(jié)能高效等優(yōu)點。另外，植保無人機的體積一般都比較小，控制也非常靈活，可以應用于各種類型的地形。因此，植保無人機在各個方面都得到了政府、行業(yè)和農(nóng)民的高度認可。

1? 黑龍江省植保無人機應用背景及現(xiàn)狀分析

目前，黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普遍采用手工打藥和拖拉機噴藥的方式進行農(nóng)田施藥。這2種方法似乎很容易使用，但是也有一些難以解決的、根深蒂固的問題。一方面，缺乏穩(wěn)定的青壯年勞動力，長期接觸殺蟲劑也容易使人體受到藥物的侵襲而中毒，進而導致越來越多的年輕勞動力不愿意去田間噴灑農(nóng)藥，所以，在農(nóng)忙季節(jié)很難找到合適的人員從事植保工作，只能農(nóng)民自己在自家的田間使用最傳統(tǒng)的手工噴藥或拖拉機噴藥方式進行植保工作。另一方面，手工打藥和拖拉機噴灑農(nóng)藥這2種方式的效率低、效果差，如果不能及時有效地控制住病蟲害，就會導致作物減產(chǎn)，甚至沒有產(chǎn)量。拖拉機在作業(yè)時還容易傷害到農(nóng)作物，這樣也會導致作物損傷等問題。為加強害蟲控制和提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，農(nóng)民亟需用一種機械型的高效靈活的植保產(chǎn)品，取代手工打藥和拖拉機噴藥等傳統(tǒng)植保工作方式[1]。

近年來，黑龍江省植保無人機作業(yè)區(qū)域發(fā)展迅速。在應用作物方面，植保無人機主要用于水稻枯萎病的早期防治方面。伴隨著各種智能軟件和硬件的進一步優(yōu)化發(fā)展，以及應用技術的突飛猛進，植保無人機已經(jīng)可以應用于水稻、玉米和大豆等糧食作物以及經(jīng)濟作物的農(nóng)藥噴灑。植保無人機主要的作業(yè)對象是水稻，水稻水田的作業(yè)面積幾乎占到了無人機總作業(yè)面積的78%，剩余的部分是旱地旱田以及其他的農(nóng)業(yè)作物。從防治對象來看，植保無人機在前期的空中作業(yè)主要用于病蟲害防治，并逐步應用于玉米等旱地高莖作物中后期的病蟲害防治。在一些農(nóng)村地區(qū)，其已被廣泛應用于水田育苗后的莖葉化學除草。

2? 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)植保無人機的優(yōu)勢

在農(nóng)田噴灑航空作業(yè)中，現(xiàn)在已經(jīng)可以廣泛地使用我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。植保無人機可以攜帶北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)接收器，對有需求的農(nóng)田進行集中、大規(guī)模的農(nóng)藥噴灑。飛手按照提前設計好的飛行路線，進行高空噴灑作業(yè)，可以防止農(nóng)藥噴灑到不必要的地方，從而實現(xiàn)精準作業(yè)、節(jié)能環(huán)保等目標。差分技術的進一步發(fā)展，提高了無人機的定位精度，準確的定位實現(xiàn)準確的噴灑[2]。當植保無人機到達需要進行噴灑的農(nóng)田時，接收器可以把作業(yè)區(qū)域的基本信息和地域情況直接反饋至控制臺，這樣控制臺就可以實時監(jiān)控飛機的飛行位置，并通過北斗衛(wèi)星導航和自動導航系統(tǒng)計算農(nóng)藥使用劑量，確保順利完成飛行噴灑任務。

農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展和推進，進一步推動了航空農(nóng)業(yè)與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)相結合。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械中的應用為實現(xiàn)精細農(nóng)業(yè)管理具有重要的意義，植保無人機與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的結合不僅能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)勞動強度進一步降低，還能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)勞動成本有效減少，同時還能夠有效提高農(nóng)藥噴灑的工作效率，進一步提升農(nóng)藥噴灑的精度，減少農(nóng)藥噴灑量，實現(xiàn)提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的目標。通過利用相關處理技術，將獲取的圖像信息同數(shù)據(jù)處理技術有機結合，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以快捷、準確地獲取關于作業(yè)區(qū)域的全部信息、土壤物理指標和化學成分，優(yōu)化種植計劃，合理測算較為準確的農(nóng)藥、化肥相關劑量。除此之外，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)還可以有效應用于農(nóng)業(yè)氣象方面，如氣象觀測、氣象預測等，通過有效預測天氣變化情況，選擇合適的農(nóng)事活動時間，盡可能地選擇在最佳的時間進行最適宜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品價值最大化。

3? 植保無人機的經(jīng)濟效益分析

3.1? 作業(yè)經(jīng)濟效益分析

單架植保無人機使用壽命一般為5 a，一架植保無人機平均一天可實現(xiàn)的作業(yè)面積可達到500畝（1畝約等于667 m2，下同），平均一年可作業(yè)天數(shù)為90 d。那么一架植保無人機壽命期內(nèi)全部的作業(yè)面積就是：500畝/天×90 d×5 a= 225 000畝。按每個應用運營6元/畝的平均價格計算，使用無人機5 a可獲得225 000畝×6元/畝=1 350 000元的運營收入。

3.2? 節(jié)省農(nóng)藥經(jīng)濟效益分析

單架植保無人機作業(yè)一畝土地，可節(jié)省20%的農(nóng)藥，平均每畝地節(jié)約2元，5 a可節(jié)約225 000畝×2元/畝=450 000元。

3.3? 與人工噴灑對比分析

對于使用無人機的農(nóng)民來說，可以節(jié)省30%～50%的植保成本。人工成本約20～25元/畝，平均每天噴灑10畝。無人機收費在每畝6～10元，平均每日作業(yè)面積為200～500畝，效率是人工的20～50倍。同時，無人機噴灑可以有效節(jié)約噴灑試劑及用水，經(jīng)濟效益顯著。

4? 黑龍江省北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)植保無人機在應用中存在的問題

2020年6月23日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星，2020年7月31日，習近平總書記在人民大會堂，莊嚴而又鄭重地宣布：北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通！依靠北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，植保無人機可以運用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)精準定位作業(yè)農(nóng)田，也可實現(xiàn)穩(wěn)定飛行，自主施藥。想要精準施藥，還需要很多技術的支持。如果作業(yè)區(qū)域環(huán)境不夠理想，很難有效實現(xiàn)植保目標，因為在一些惡劣的環(huán)境下，植保無人機執(zhí)行噴灑作業(yè)時，容易出現(xiàn)一系列問題。比如，作業(yè)過程中可能會出現(xiàn)農(nóng)藥的漂移問題、噴灑過程中可能會受到作業(yè)區(qū)域的影響導致噴灑農(nóng)藥不夠平均，一些需要噴灑農(nóng)藥的作業(yè)區(qū)域沒有噴灑上，不該噴灑農(nóng)藥的區(qū)域反而噴灑了農(nóng)藥，出現(xiàn)農(nóng)藥浪費及環(huán)境污染等狀況。在進行植保無人機施藥作業(yè)的時候，盡可能地選擇晴朗的、風小的天氣進行施藥作業(yè)，優(yōu)化噴藥系統(tǒng)，設置合理的飛行參數(shù)，提升植保無人機的工作效率及效果。在我們國家，植保無人機噴灑農(nóng)藥進行植物保護是近些年才逐漸興起并發(fā)展壯大的，也有一些國外先進發(fā)達國家可以借鑒的成果和技術，國內(nèi)的一些主要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)也已經(jīng)開始探索和運用植保無人機進行植物保護，但總體來說，我們國家植保無人機的研究和應用還處在比較初級的階段，還有許多的問題需要解決。

4.1? 核心技術亟需解決

在我國，植保無人機行業(yè)中的核心技術還不是非常的成熟，現(xiàn)實中成功應用植保無人機進行植保作業(yè)的案例也不是非常多。這里涉及到一些核心的技術問題，比如無人機的負載藥液問題、具體的飛行時間問題、飛行的控制系統(tǒng)問題等。這些核心的技術問題如果不能得到有效解決，會導致一系列的問題，如錯誤噴灑、重復噴灑、遺漏噴灑等植保問題。

首先，專用的噴灑藥劑不足。想要達到比較好的除草滅蟲效果，充分發(fā)揮植保無人機噴灑農(nóng)業(yè)的作用，噴灑的藥劑應該具有漂移系數(shù)小、不易蒸發(fā)、不易揮發(fā)、不怕雨水沖刷及土壤容易滲透等基本特點[3]。但是符合上述特點的藥劑，市場上并不多，專用的藥劑不足，也是阻礙植保無人機噴灑行業(yè)發(fā)展的重要原因。植保無人機專用藥劑的開發(fā)及應用是制藥企業(yè)重點關注的內(nèi)容，積極投入資金參與植保無人機噴灑試劑的研究與開發(fā)，政府也應該加大支持和補貼政策，爭取早日突破專用藥劑缺乏的瓶頸。

其次，植保無人機噴灑藥劑的施藥標準不健全，操作技術說明也不夠詳盡。當下，植保無人機的施藥標準并不健全和規(guī)范，在進行施藥噴灑作業(yè)過程中，并沒有準確的配比參數(shù)，只能是操作人員根據(jù)經(jīng)驗進行配比，具體操作技術說明也不夠詳細，不能夠滿足操作人員在進行噴灑作業(yè)時對于一些飛行速度、飛行區(qū)域以及飛防問題的指導需求。

4.2? 農(nóng)戶需求沒有被有效激發(fā)和整合

植保無人機行業(yè)市場需求大，前景廣闊，雖然是一種效率高且方便的噴灑應用技術，但是真正打入農(nóng)村市場，走進農(nóng)戶田中，還需要一段時間。客觀方面，植保無人機作業(yè)的區(qū)域最好是連片的土地，這樣便于植保無人機高效進行噴灑作業(yè)。但現(xiàn)實情況卻滿足不了植保無人機的理想作業(yè)要求，多數(shù)土地不是連片的，而是分散分布的，達不到植保無人機的單獨作業(yè)要求。從農(nóng)戶應用的主管來看，一方面，個體農(nóng)戶購買植保無人機的意愿較弱，因為一臺植保無人機畢竟價格不菲，而每年花費的人工植保費用遠遠低于植保無人機的購買費用以及后期的維修護理費用，所以個體農(nóng)戶往往還是會選擇最傳統(tǒng)的植保方式，不會選擇購買植保無人機；另一方面，農(nóng)戶的文化程度、受教育水平也是阻礙農(nóng)戶接受植保無人機進行農(nóng)田植物保護作業(yè)的關鍵因素。大多數(shù)的農(nóng)戶不愿學習新的植保技術、缺乏學習新技術的動力，仍愿選擇人工為主的噴藥形式進行操作。目前，植保無人機市場上生產(chǎn)企業(yè)也是良莠不齊，農(nóng)資操作技術也不完善，仍處于相對落后的階段[4]，專業(yè)的植保無人機飛手不足，這些都是嚴重阻礙整個植保無人機行業(yè)向前發(fā)展的不利因素。

5? 黑龍江省北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)植保無人機存在問題的解決對策

5.1? 提升技術研發(fā)，解決關鍵技術難題

一是加強研發(fā)投入，研制出強自主、高穩(wěn)定的植保無人機。結合當前無人機已有的不足之處，目前我國有必要進一步開發(fā)、研制和推廣具有高度自主性、穩(wěn)定性和可靠性的植保無人機。在進行大面積的農(nóng)田噴灑作業(yè)中，積極推廣使用精度準確、全程自主導航的植保無人機飛行技術，從而可以有效保證植保無人機作業(yè)的速度、精度和高度；對植保無人機失控保護裝置進行了加裝改進，進而實現(xiàn)了失控保護、自檢和預警功能，并對植保無人機的各項參數(shù)進行了監(jiān)測，確保了植保無人機的飛行安全。在應用設備方面，研制開發(fā)特殊壓力霧化噴嘴系列，為農(nóng)業(yè)航空飛行設計了專用的穩(wěn)定藥劑和泵，并開發(fā)了高效輕噴的關鍵部件[5]。在精密噴灑方面，運用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，精準獲取作業(yè)區(qū)域信息，分析農(nóng)作物的生長情況，以及該區(qū)域的病蟲害信息，嘗試運用變量噴灑方式，盡可能地提高噴灑精確度，減少農(nóng)藥使用量，提高藥劑的使用效果。

二是建立健全專用藥劑的管理制度。參考日本和韓國農(nóng)藥管理部門的做法，設置專門負責的管理部門進行管理監(jiān)督，登記藥劑的使用量、殘留程度以及有效程度，測試附近作物間隔使用頻率和環(huán)境安全程度，測試部分可以由具有專業(yè)資質(zhì)的第三方科研機構代為完成，規(guī)范使用藥劑。制定不同的作物和不同病蟲害的不同操作模式的噴灑技術相關標準規(guī)范，以滿足當前航空噴灑害蟲的預防和控制的需求。農(nóng)業(yè)植保無人機作為一種低空、小容量的施藥裝置，在所用藥劑和施藥技術上與傳統(tǒng)施藥裝置有所不同。同時，農(nóng)作物病蟲害的最終防治效果不僅與施用農(nóng)藥的設備有關，藥劑的選擇使用、采用的施藥技術都會對防治效果產(chǎn)生重大的影響。所以，推廣植保無人機，同時還應該結合專用藥劑的使用和施用的技術以及健全的藥劑管理制度。

5.2? 農(nóng)業(yè)服務公司大力宣傳推廣整合農(nóng)戶需求

植保無人機宣傳推廣的主要群體是專門進行農(nóng)業(yè)植保服務的公司，這些農(nóng)業(yè)植保服務公司，可以為廣大農(nóng)戶提供植物保護“一條龍服務”，對于市場上的植保需求進行市場調(diào)研，將植保需求進行有效管理，最好是能夠形成規(guī)模化管理，積極降低植保的相應成本，向廣大農(nóng)戶積極宣傳植保無人機的優(yōu)勢，以達到推廣植保無人機的作用。在進行相關的推廣和宣傳時，可以從以下方面著手準備。

首先，進行市場調(diào)研。全面了解農(nóng)戶對于植保無人機的需求，充分、有效地整合這些需求，建立會員制，讓有需求的農(nóng)戶加入會員，然后進行規(guī)模化的服務、培訓管理，讓農(nóng)戶清楚、明白地掌握植保無人機的作業(yè)原理，同時加入會員的農(nóng)戶在參與培訓、購買或租用植保無人機方面享受一定程度的優(yōu)惠，從而激發(fā)農(nóng)戶使用植保無人機的興趣。

其次，有機整合各類供給方。將無人機供給方和農(nóng)藥供給方進行整合，一方面對各類供給方進行嚴格審查，仔細挑選，防止因為無人機質(zhì)量問題、農(nóng)藥藥效等原因影響最終的植保效果，另一方面，將無人機植保服務和農(nóng)資供給結合，既可以保證服務質(zhì)量，打消農(nóng)戶的重重疑慮，還可以有效提高噴灑效率，降低服務成本，提升服務效果，保證植保效果。

最后，通過搭載智能設備，植保無人機可以有效地采集作業(yè)區(qū)域的地形地貌，實時、有效地收集相關作業(yè)數(shù)據(jù)，及時監(jiān)控耕地的各種情況。

通常來說，一些大型的農(nóng)戶或?qū)I(yè)合作社相對來說更愿意接受使用植保無人機，因為他們手中的土地相對集中，土地規(guī)模也相對較大，便于植保無人機進行飛防作業(yè)。因此可以選擇這樣大型的農(nóng)戶或者專業(yè)合作社作為植保無人機飛防作業(yè)試點，給予他們一定的優(yōu)惠補貼政策，然后形成典范，為下一步廣泛推廣奠定堅實的基礎。結合現(xiàn)在比較火爆的電商直播帶貨，可以直播推廣無人機銷售，促進植保無人機的宣傳與推廣。

6? 結束語

習近平總書記多次強調(diào)國家生物安全的重要性。中國是發(fā)展中國家，農(nóng)業(yè)的安全、生物的安全關系到國防的安全，關乎到全國及世界人民的安全。今后隨著快速發(fā)展的科學和技術，特別是通過衛(wèi)星遙感預測病蟲害，病蟲害的防治效果將大大提高。政策扶持促進技術創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化，行業(yè)標準即將出臺，助力植保無人機進一步占據(jù)農(nóng)業(yè)植保市場的主要份額。

植保無人機具有高效、安全、環(huán)保和便捷等優(yōu)點，再加上有北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的技術支持，植保無人機的未來發(fā)展前途一片光明。植保無人機作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容，實現(xiàn)了高收益、高精確度和支持環(huán)境保護和農(nóng)藥“零增長”的目標，促進中國發(fā)展智能農(nóng)機及實現(xiàn)農(nóng)業(yè)合作社的發(fā)展。作為我國農(nóng)業(yè)的大省，黑龍江省有責任保證中國人端好自己的飯碗，使用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的植保無人機噴灑農(nóng)藥進行植物保護，具有重要的經(jīng)濟價值和重大的社會價值。安全高效、降低成本、提高效益。黑龍江省省內(nèi)的農(nóng)村人口人均土地資源比較分散，農(nóng)村人口老齡化嚴重，青壯年勞動力有日益減少的趨勢，植保無人機噴灑作業(yè)，更適合當下黑龍江省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，前景不可估量。

參考文獻：

[1] 肖迪，崔長春，賈建偉.黑龍江省植保無人機應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J].中國植保導刊，2019，39（3）：79-80，89.

[2] 徐亞蘭，郭承軍.運用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀研究[A].中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室學術交流中心.第十一屆中國衛(wèi)星導航年會論文集——S01衛(wèi)星導航行業(yè)應用[C].中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室學術交流中心：中科北斗匯（北京）科技有限公司，2020：5.

[3] 王苗，朱超，田多林.植保無人機在農(nóng)作物領域病蟲害的防治研究[J].新型工業(yè)化，2020，10（6）：98-99.

[4] 林正平，肖迪，陰俊杰，等.黑龍江省植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2018（12）：45-46.

[5] 馬秀蘭.農(nóng)作物病蟲害防治中植保無人機的運用探究[J].農(nóng)民致富之友，2020（2）：26-27.