無人機在現代農業中的應用

陳萬意 謝蓓敏 周 琳 孫英浩

（國網吉林省電力有限公司檢修公司 吉林長春 130000）

我國作為農業大國，必須把保證我國現代農業的可持續發展視為工作的重中之重。在農業生產的過程中，采取有效措施防控病蟲害和高效施肥等是保證我國糧食安全性的重要手段[1]。

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，它可以完成多項不同的農業任務，如噴灑農藥、施肥、農業生產監測和病蟲害防治等[2]。作為新型的信息收集載體，無人機引起了各行各業的廣泛關注。近年來，隨著技術的逐漸成熟和完善，無人機逐漸成了現代農業生產工作中的一種重要新型設備。本論文對無人機的發展史、無人機在國內外農業中的應用，及其在農業中的應用優勢和存在的問題進行綜述。

1 無人機發展史

無人機的發展經歷了多個應用階段，每個階段都有相應的具有不同類型功能的旗艦無人機產品，如作戰無人機、遙感無人機、植保無人機等[3]。近年來，無人機已逐漸為人們所熟知，并進入了人們的生活。無人機的生產首先用于軍事，其基礎是戰斗機的變體，但它們的價格變得越來越昂貴。后來，它被推廣用于民用領域，執行遙感采集監視特定區域中的信息的任務。近年來，隨著無人機技術的飛速發展和應用范圍的不斷擴大，它已被應用到早期的農業領域，并取得了令人矚目的成就和廣闊的應用前景[4]。

國外推廣用于農業的無人機仍處于早期嘗試階段，第一批投入使用的是1990年由一家日本公司發明的無人機，用于向田間噴灑殺蟲劑以防止害蟲損害作物[5]。多年來，它已逐漸發展成熟，并廣泛用于預防農田上的蟲害和自然災害。

國外曾采用載人飛機完成了更廣闊的農田和森林的農藥噴灑工作，但載人飛機噴灑農藥的不利之處在于，噴灑范圍有限。而無人機可以很好地解決該問題，并且不受地形、尺寸的限制[6]。無人機體積小、靈活、易于操作，可以隨時起飛和降落，更適于非平整地面作業，在現代農業中具有很高的價值。我國新時代農民的思想正不斷更新，國家越來越提倡使用先進技術，農業中使用無人機在未來有很寬廣的發展空間。

無人機成本相對較低，操作方便，數據采集時間短等方面均優于衛星遙感。遙感可用于獲取作物信息，如作物生長期、表型信息、范圍等信息，為農業監測提供基礎。紅外圖像分析和其他技術可以與無人機結合使用，以執行更準確地監視。通過跟蹤，可以獲取有關地表和農作物的更全面的信息，以進行后續數據分析和處理。我國還應積極發展低成本、高效率的農藥噴灑無人機，并在農業領域廣泛推廣，盡快消除農藥對人們的危害，使人們的人身安全得到保護，提高農民的勞動生產率[7]。

2 無人機在國內外農業中的應用

無人駕駛飛行器研究已近100年，在精密農業領域，作為一種快速和全面的信息收集工具，它得到了廣泛推廣。1912年，加拿大開始使用飛機作為噴灑農作物和果園的輔助工具。1918年，美國為防止和控制蝗蟲使用了第一架航空噴灑農藥飛機，盡管美國的無人駕駛飛機覆蓋了世界70%以上的地區，但這些飛機主要用于軍事目的，很少用于農業。在日本經歷三十多年的發展之后，專門用于植物保護的農業無人駕駛飛行器的開發和對噴灑農藥的技術支持逐漸成熟，可在短時間內覆蓋農作物，并成為世界上廣泛使用的農業無人駕駛飛行噴霧器。

近年來，用于農業生產的無人機研究不斷進行。在陜西省農業機械指導站使用一架無人機在田間噴灑農藥，并對噴灑和滲漏效應進行比較，表明無人機可以有效運作。利用固定翼和多翼無人機兩架飛機進行空中拍攝，通過拍攝兩個試驗區土壤和水的濕度，擴大了對農業區域及其方向的自動監測。研究證實，無人機不僅可以有效地監測信息，而且可以迅速地進行全面跟蹤和監測，以評估農田的狀況。

3 無人機在農業中的應用優勢

當前，農業生產受到作物高度等因素的影響，使得大型機器難以引入并用于農田灌溉、噴灑農藥、施肥等。另外，大型機器會使灌溉和農藥施用不均勻，影響糧食作物的產量和穩定性。隨著科技飛速發展，具有操作簡便、效率高和速度快等優點的無人機成為農業生產的新工具。無人機在農業生產中的廣泛應用，不僅防止了大型機械對農作物的破壞，確保了農作物的產量，而且解決了農業機械化生產的問題，受到農民的青睞。

3.1 高效、安全、環保

由于其質量小、機動性好，飛行速度和噴灑高度易于調整，所以無人機用于地形復雜的地區的噴灑農藥、灌水、施肥。使用無人機噴灑可以提升農藥噴灑的均勻性，減少農藥和水資源等的浪費。與傳統的手工作業相比，它不僅可以確保操作人員的安全，而且可以確保噴灑適量的農藥等[11]。另外，由于無人機的運行高度低，因此不易受風等的影響，并且顯著減少了農藥、化肥等對環境的污染，顯示出優異的環境性能。

3.2 覆蓋密度高、防治效果好、液體損耗小

與傳統的噴灑方法相比，無人機噴灑時刀片的旋轉會帶動農作物，因此，農藥、化肥、水分等可以均勻地分布在莖的背面，使農作物高產。無人機噴灑不僅可以提升單位面積噴灑的液體的覆蓋密度和噴灑均勻性，而且可以在一定程度上減少液體損失，這是目前手動和其他噴灑設備無法實現的。

4 無人機在農業中應用存在的問題

4.1 費用高和培訓困難

無人機通常分為固定翼和螺旋翼。在農業活動中，無人機要耐熱、耐濕和抗腐蝕，有效載荷不少于10 kg，可持續進行高密度飛行。雖然農用無人機的成本低于用于拍攝的飛機，但其電池零部件、機翼等的磨損更大，回收成本的時間更長。無人機的價格高，再加上隨后的維修成本，使得農作物成本增加。此外，雖然無人機很容易操作，但仍需要學習后才能使用。無人機技術發展迅速，需要大量的防空人員。防空人員需要進行職業培訓，考取無人駕駛航空器駕駛執照，但我國的農村地區大多是老年人，這些因素使得使用無人機更加困難，學習成本增加。

4.2 技術缺陷

（1）更容易受到天氣的影響。根據大多數無人機的使用準則，農用無人機使用受到環境氣象學等因素的限制。

（2）短期翻新。例如，發動機和電池的關鍵部件的使用壽命不足，燃油噴射機在市場上的使用壽命在300 h～400 h 之間，而電池充電的周期為200 個，使用成本較高。

（3）有限有效載荷。無人機常規藥箱的容量有限，需要在大規模操作過程中填充溶液，如果不準確對接，就有可能發生大量噴灑和泄漏。

（4）表現不穩定。有效控制氣霧劑空中流動的問題也尚未得到充分解決。

（5）智力問題尚未改進。高端無人機需要每個功能的獨立性和高精度作業，但對于山丘和果園，無人機因為信號屏蔽、規劃障礙等問題無法起飛，或在季后出現故障，無人機技術仍需要獲得發展。

4.3 傳統的農業模式妨礙發展

目前，我國仍處于傳統的分權農業模式下，農業生產不成規模，土地面積小，農業需求相對較低，社會組織提供相關服務，因此，購買無人機的需求小。由于土地密集和小規模行動水平低，各地農用無人機市場規模有限。

5 結論

無人機在農業監測、信息收集和植物保護活動方面具有極佳優勢，并能大力支持農業現代化。目前，在現代節水農業和使用化肥方面，無人機使用相對較少，需要進一步研究和推廣，這在理論上和實踐上對增加使用糞肥資源、鼓勵現代節水農業和提升農業生產的經濟效益至關重要。