無人設備在小麥生產中的應用和發展前景

葛君

[摘要]隨著無人機在農業種植領域中的廣泛應用，無人機在農業生產中扮演著越來越重要的角色。盡管如此，受諸多因素的影響，無人機在小麥生產領域的應用并不完善。文章在綜合分析無人機優勢的基礎上，論述了無人機在小麥種植方面的現狀和不足，并對無人機在小麥生產中的應用前景進行了展望。

[關鍵詞]無人設備;小麥生產;發展前景

中圖分類號：S512.1;S252

文獻標識碼：A

DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190427

近年來，自然災害頻發，人力資源的使用成本也不斷上升，再加上人力檢測和管理的不夠精準，綜合這些因素，在小麥生產中引入無人設備對小麥進行檢測和田間管理，對提高我國小麥生產的綜合效益，保障我國糧食安全都具有重要意義。

無人設備，以無人機為運動平臺，通過搭載不同的功能模塊和傳感器，來完成小麥生產中不同時期的監測和管理。無人機對天氣變化的敏感度低，綜合作業性能較優，具有飛行高度較低、機動靈活等優勢。小麥相對于二收作物來講，株高較低、植株密度較大，將無人設備引入小麥生產中具有良好的發展前景。

1無人機的優勢

1.1便捷高效

在相同的時間內，無人機播種速度是人工的20倍，是普通播種機械的3倍;施肥效率是人工的10～15倍，是普通施肥機械的5～10倍;噴藥效率是人工的20倍。在實際的操作中，除去自然因素和飛機自身的原因，農用無人機的作業效率大大優于人工。

1.2適用性好

在小麥生產中，無人機參與田間作業和管理，不受地形等限制，不論是山地、丘陵，還是坡地，都可以完成預定的作業任務。

1.3對小麥的損傷小

無人機工作是在空中，不論是施肥，還是噴灑農藥，其對作物葉面的影響都較小。相較于傳統的人工噴灑農藥，由于小麥的隴間距較小，人工行走不方便，難免會對小麥的莖葉造成損傷，而無人機完全不接觸地面，對小麥帶來的唯一不利因素就是風量大。機械在田間作業對小麥的損傷程度更大，相較之下，無人機應用在小麥的生產作業中可以大大減少人為因素對小麥造成的不必要損害。

1.4對操作人員的無害性

無人機噴灑農藥時，操作人員只需遠遠地站在一邊進行遙控，不需要時刻跟隨無人機作業。雖然現在國家提倡使用低毒高效的農藥，但是在使用傳統的噴藥方式時，由于護具不全等因素，難免會對相關操作人員造成損害，而這一點無人機則可以避免。

1.5政策優勢

小麥生長期間需要進行多次的施肥和打藥，而現在對農業環境保護的要求越來越嚴格，雖然國家還沒有出臺相關的使用標準或規范，但從近年來國家對環境破壞問題的查處力度可以看出，在不久的將來，化肥和農藥的使用將會被限制。在國家大力扶植環保產業、倡導可持續發展的背景下，農業生產將不斷研發、推廣先進的生產管理技術。農用無人機已經得到農業部的批準，并且國家也大力支持發展農業無人化、精細化管理。

2無人機在小麥生產中的應用現狀

無人機的快速發展，使其在小麥生產中應用越來越廣泛。目前，我國的農用無人機在小麥生產中的應用主要集中在以下四個方面。

2.1施肥和噴藥

小麥生長期間最重要的兩個環節是施肥和噴藥。施肥是為了保證氮磷鉀的供應，讓小麥能吸收足夠的養分;噴藥是防蟲治病，病蟲害對于農作物是毀滅性的破壞。而這兩個環節的操作對小麥葉面的損傷也是最大的，在小麥的一生中只有六七片葉子，葉子的數量影響到了小麥的光合作用，進而影響到產量。在小麥的播種期可以搭載一般的撒肥器對土地進行撒播施肥，在追肥期可以搭載遙感傳感器和地面的機械連接進行空中遙控。無人機施肥可以精準控制施肥量，結合其他檢測數據，合理進行施肥。無人機對小麥進行噴藥作業，可以搭載無人機專用噴藥器，低空快速飛行，充分利用農藥，減少兌水量。

2.2葉面積指數的測定

葉面積指數是植被冠層結構的關鍵數據，表示單位面積上的單面葉片的總和，快速準確地獲得葉面積指數，能夠準確判斷小麥的生長趨勢和健康狀況。在葉面積指數的無人監控中，主要利用無人機搭載高光譜遙感影像設備對小麥的生長進行監測，得到一定周期內的葉面積指數變化情況，將這一段時間內的葉面積指數變化的情況進行匯總和制圖，根據得到的結果來觀察小麥的生長情況。例如，小麥的葉面積指數低，說明小麥的黃葉多，這可能與小麥在冬季受凍害的影響較大有關;小麥的葉面積指數高，說明小麥綠葉多，證明小麥的長勢良好或者返青的狀況良好。

2.3凍害警示和分析

我國北方冬季氣溫偏低，春季氣溫偏高，近2年受厄爾尼諾現象影響，在冬春交替的時候，由于溫度的劇烈變化，小麥在生長選擇時發生錯誤指令，進而受倒春寒現象的影響程度加重。2018年小麥返青時期，出現了嚴重的倒春寒現象，致使大片的小麥在育穗的關鍵時期受到了凍害的影響，導致大面積的小麥不抽穗，嚴重影響我國的夏糧產量。鑒于這種現象，采用無人機進行田間巡邏，并繪制夜間和白天的溫度曲線，準確反映出晝夜的溫差。并且，在夜間巡邏期間監測田間的最低氣溫，若氣溫出現異常則快速向后臺反饋，由后臺進行分析，制定出有效的防范措施，將損失降至最低。

2.4病蟲害的防治

受多種因素的影響，當病蟲害出現在小麥中時，農民可能無法立即發覺，或者發覺后因不了解具體受災面積，無法采取及時、有效的防治揩施。利用無人機可以搭載功能模塊的功能，在無人機上安裝紅外溫度測定儀和顏色識別儀，對小麥進行監控，紅外攝像功能可以發現蟲害，并計算出受災面積。小麥在抽穗期容易受到蚜蟲的侵害，對無人機設置紅外光譜的分析溫度報警系統，首先輸人在有蟲害時采集的溫控數據，然后根據紅外光譜實時采集的數據與之對照，第一時間發現蟲害，快速反饋到控制室，及時進行防治工作。小麥的赤霉病和銹病也是影響其產量的一大因素，在病害監控方面，需重點監測，一旦發現，及時通知后臺采取防治措施1

2.5計算小麥倒伏面積

小麥倒伏現象一直都是令農民頭疼的問題，由于風力的作用，在大田間，遮擋物少，風可以肆無忌憚的略過。空氣溫度的差值，使風向發生沿軸線的偏轉，形成旋風，導致小麥倒伏。無人機可以用于小麥倒伏面積的計算，通過無人機對地塊的巡邏，繪制出地塊的平面圖，根據反光量的不同識別出小麥倒伏的地點，并對其進行邊界區分，計算面積。

3無人設備的不足

3.1初期設備投資大

由于市場的稀缺性、制造難度高和科技含量高等因素，無人機的價格一直居高不下。農業無人機，根據功能的不同售價也不同，一般售價為5萬～40萬元，并且每臺無人機至少需要有一名操作員，無人機工作時還需要相關的保障和現場操作人員。根據實際的應用情況，其一般為大批量的土地擁有者提供服務，實際的抽成為7.5～15元/hm'，散戶的費用是225元/hm'，工作效率為4hm？/h，可工作周期為180d，工作時間為12h/d，計算得到無人機操作員的勞務費為6.5萬～13萬元，團隊一般由3人組成，另外2人勞務費用為操作員的1/2。綜合計算1臺無人機1年的勞務費用為13萬～26萬元。由于目前我國的農村土地生產責任制的繼續實施，土地分散化，使工作成本更高。

3.2續航能力和通訊受限

目前高效的電池尚未開發出來，無人機大多使用鋰電池，鋰電池雖然電量密度大，但是無人機是連續化作業，一般無人機電池為16A.h，巡航速度為4～5m/s，續航時間為20～30min。這在實際的生產中往往需要配備多組電池，1塊16A.h鋰電池價格為1450～1600元，單體充滿時間為40～60min，1天工作10h，1臺無人機最少要配備4組，電池，也就是說電池的費用在6000元左右。這無疑又增加^了許多成本13-14，

通訊距離的不足，限制了無人機遠程操作的實現。根據通訊模塊的不同，最遠后臺能聯系到無人機的距離為7km。通訊距離的限制，也制約了無人機的應用。

4發展前景

目前，無人機主要面臨著造價高和續航能力差的問題，但是隨著技術的進步，這些問題會得到解決。隨著科技的發展，無人機會有著怎樣的發展，以及如何將無人機更好地應用在小麥生產中是研究人員需要考慮的重要問題。

4.1無人設備的智能化發展

目前全球都在研發新的AI智能系統，其應用在無人機方面，可讓無人機操作更簡單，工作人員只需要經過簡單的培訓就可以順利操作無人機。AI智能無人機可以模仿更多的人類操作技能，只需要將編寫好的程序，寫人到無人機攜帶的工作模塊中，就可以對無人機進行任意的操作。AI智能可以優化無人機在圖像處理方面的不足，增加無人機圖像的分辨率，在小麥生產監測中能發揮更大的作用。

4.2精細化農業的發展

精細化農業管理就是降低勞動生產成本，增加收益，保護環境，保護土地的可再生能力和土地的肥力。利用無人機搭載的紅外成像儀可以準確地識別小麥中生病的植株，然后由無人機迅速地反饋給控制中心，控制中心得到更加細致的現場信息后，及時做出處理判斷。對小麥營養元素缺失的判斷，不僅需要判斷常量元素，還需要對微量元素的判斷進行監控，以保證小麥的產量。

4.3無人機和農機的結合

未來的無人機將和大型的地面機械化設備結合，形成空、地配合，進行立體的田間管理操作。將地面的機械和無人機形成田間作業網絡，無人機在空中對機械前方的數據進行采集和分析，通過網絡將數據傳回到機械的操作品臺上的電腦中，地面機械執行操作指令完成對小麥的田間作業。

4.4建立飛行數據庫

目前，由于各無人機相互獨立，因此，資源的利用率較低。基于無人機機動、靈活的特點，再加上現在小麥生產中的應用情況，應將每次作業的數據進行保留，然后上傳到飛機飛行作業數據庫中。并且將無人機和其他遙感手段進行結合，綜合田間傳感器監測到的數據，對小麥的生長進行準確的判斷和定量的監測，其對小麥的后期管理有著重要的影響。

5結論

盡管在現在的小麥生產中已經運用了無人機技術，但由于無人機的投人成本太大，加之我國農村地塊面積小等原因，無人機在小麥生產中還沒有得到大范圍的應用，僅在一些大的土地承包者的小麥生產中有著較多的應用。在未來，我國的耕地種植情況由于無人機的應用會出現田地的大塊化，那時無人機的應用會達到一個新高度。伴隨我國環保的提倡和綠色農業的發展，無人機在小麥病蟲害和生長中的監測會更加規范、完整。無人機的技術也將日臻成熟，各種功能的無人機將會被研制和應用，相信在不久的將來科技農業會得到長足發展。

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