黑龍江省北斗衛星導航系統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新創業訓練計劃項目（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：我國是農業大國，黑龍江省是農業大省，農業生產是頭等大事，農業植物保護工作是農業生產中重要的一個方面。對黑龍江省植保無人機的發展現狀進行梳理，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；北斗衛星導航系統；植保無人機；經濟效益；優勢

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業領域一顆冉冉升起的新星，市場發展非常迅速，發展前景一片光明。與傳統的植保作業相比，利用植保無人機進行植保作業更加高效、方便、準確，具有保護環境、節能高效等優點。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、行業和農民的高度認可。

1? 黑龍江省植保無人機應用背景及現狀分析

目前，黑龍江省農業生產普遍采用手工打藥和拖拉機噴藥的方式進行農田施藥。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藥，所以，在農忙季節很難找到合適的人員從事植保工作，只能農民自己在自家的田間使用最傳統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，甚至沒有產量。拖拉機在作業時還容易傷害到農作物，這樣也會導致作物損傷等問題。為加強害蟲控制和提高農產品的產量和質量，農民亟需用一種機械型的高效靈活的植保產品，取代手工打藥和拖拉機噴藥等傳統植保工作方式[1]。

近年來，黑龍江省植保無人機作業區域發展迅速。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化發展，以及應用技術的突飛猛進，植保無人機已經可以應用于水稻、玉米和大豆等糧食作物以及經濟作物的農藥噴灑。植保無人機主要的作業對象是水稻，水稻水田的作業面積幾乎占到了無人機總作業面積的78%，剩余的部分是旱地旱田以及其他的農業作物。從防治對象來看，植保無人機在前期的空中作業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。在一些農村地區，其已被廣泛應用于水田育苗后的莖葉化學除草。

2? 北斗衛星導航系統植保無人機的優勢

在農田噴灑航空作業中，現在已經可以廣泛地使用我國自主研發的北斗衛星導航系統。植保無人機可以攜帶北斗衛星導航系統接收器，對有需求的農田進行集中、大規模的農藥噴灑。飛手按照提前設計好的飛行路線，進行高空噴灑作業，可以防止農藥噴灑到不必要的地方，從而實現精準作業、節能環保等目標。差分技術的進一步發展，提高了無人機的定位精度，準確的定位實現準確的噴灑[2]。當植保無人機到達需要進行噴灑的農田時，接收器可以把作業區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控飛機的飛行位置，并通過北斗衛星導航和自動導航系統計算農藥使用劑量，確保順利完成飛行噴灑任務。

農業機械化的發展和推進，進一步推動了航空農業與北斗衛星導航系統相結合。北斗衛星導航系統在農業機械中的應用為實現精細農業管理具有重要的意義，植保無人機與北斗衛星導航系統的結合不僅能夠將農業勞動強度進一步降低，還能夠將農業勞動成本有效減少，同時還能夠有效提高農藥噴灑的工作效率，進一步提升農藥噴灑的精度，減少農藥噴灑量，實現提升農產品質量的目標。通過利用相關處理技術，將獲取的圖像信息同數據處理技術有機結合，北斗衛星導航系統可以快捷、準確地獲取關于作業區域的全部信息、土壤物理指標和化學成分，優化種植計劃，合理測算較為準確的農藥、化肥相關劑量。除此之外，北斗衛星導航系統還可以有效應用于農業氣象方面，如氣象觀測、氣象預測等，通過有效預測天氣變化情況，選擇合適的農事活動時間，盡可能地選擇在最佳的時間進行最適宜的農業生產活動，實現農產品價值最大化。

3? 植保無人機的經濟效益分析

3.1? 作業經濟效益分析

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的作業面積可達到500畝（1畝約等于667 m2，下同），平均一年可作業天數為90 d。那么一架植保無人機壽命期內全部的作業面積就是：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? 節省農藥經濟效益分析

單架植保無人機作業一畝土地，可節省20%的農藥，平均每畝地節約2元，5 a可節約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民來說，可以節省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約噴灑試劑及用水，經濟效益顯著。

4? 黑龍江省北斗衛星導航系統植保無人機在應用中存在的問題

2020年6月23日，西昌衛星發射中心升空北斗三號最后一顆全球組網衛星，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：北斗三號全球衛星導航系統正式開通！依靠北斗衛星導航系統，植保無人機可以運用北斗衛星導航系統精準定位作業農田，也可實現穩定飛行，自主施藥。想要精準施藥，還需要很多技術的支持。如果作業區域環境不夠理想，很難有效實現植保目標，因為在一些惡劣的環境下，植保無人機執行噴灑作業時，容易出現一系列問題。比如，作業過程中可能會出現農藥的漂移問題、噴灑過程中可能會受到作業區域的影響導致噴灑農藥不夠平均，一些需要噴灑農藥的作業區域沒有噴灑上，不該噴灑農藥的區域反而噴灑了農藥，出現農藥浪費及環境污染等狀況。在進行植保無人機施藥作業的時候，盡可能地選擇晴朗的、風小的天氣進行施藥作業，優化噴藥系統，設置合理的飛行參數，提升植保無人機的工作效率及效果。在我們國家，植保無人機噴灑農藥進行植物保護是近些年才逐漸興起并發展壯大的，也有一些國外先進發達國家可以借鑒的成果和技術，國內的一些主要的農業產業園區也已經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，植保無人機行業中的核心技術還不是非常的成熟，現實中成功應用植保無人機進行植保作業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，充分發揮植保無人機噴灑農業的作用，噴灑的藥劑應該具有漂移系數小、不易蒸發、不易揮發、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發展的重要原因。植保無人機專用藥劑的開發及應用是制藥企業重點關注的內容，積極投入資金參與植保無人機噴灑試劑的研究與開發，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范，在進行施藥噴灑作業過程中，并沒有準確的配比參數，只能是操作人員根據經驗進行配比，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時對于一些飛行速度、飛行區域以及飛防問題的指導需求。

4.2? 農戶需求沒有被有效激發和整合

植保無人機行業市場需求大，前景廣闊，雖然是一種效率高且方便的噴灑應用技術，但是真正打入農村市場，走進農戶田中，還需要一段時間。客觀方面，植保無人機作業的區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。但現實情況卻滿足不了植保無人機的理想作業要求，多數土地不是連片的，而是分散分布的，達不到植保無人機的單獨作業要求。從農戶應用的主管來看，一方面，個體農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，所以個體農戶往往還是會選擇最傳統的植保方式，不會選擇購買植保無人機；另一方面，農戶的文化程度、受教育水平也是阻礙農戶接受植保無人機進行農田植物保護作業的關鍵因素。大多數的農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企業也是良莠不齊，農資操作技術也不完善，仍處于相對落后的階段[4]，專業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向前發展的不利因素。

5? 黑龍江省北斗衛星導航系統植保無人機存在問題的解決對策

5.1? 提升技術研發，解決關鍵技術難題

一是加強研發投入，研制出強自主、高穩定的植保無人機。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、研制和推廣具有高度自主性、穩定性和可靠性的植保無人機。在進行大面積的農田噴灑作業中，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，進而實現了失控保護、自檢和預警功能，并對植保無人機的各項參數進行了監測，確保了植保無人機的飛行安全。在應用設備方面，研制開發特殊壓力霧化噴嘴系列，為農業航空飛行設計了專用的穩定藥劑和泵，并開發了高效輕噴的關鍵部件[5]。在精密噴灑方面，運用北斗衛星導航系統，精準獲取作業區域信息，分析農作物的生長情況，以及該區域的病蟲害信息，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。參考日本和韓國農藥管理部門的做法，設置專門負責的管理部門進行管理監督，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境安全程度，測試部分可以由具有專業資質的第三方科研機構代為完成，規范使用藥劑。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范，以滿足當前航空噴灑害蟲的預防和控制的需求。農業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施藥裝置有所不同。同時，農作物病蟲害的最終防治效果不僅與施用農藥的設備有關，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? 農業服務公司大力宣傳推廣整合農戶需求

植保無人機宣傳推廣的主要群體是專門進行農業植保服務的公司，這些農業植保服務公司，可以為廣大農戶提供植物保護“一條龍服務”，對于市場上的植保需求進行市場調研，將植保需求進行有效管理，最好是能夠形成規模化管理，積極降低植保的相應成本，向廣大農戶積極宣傳植保無人機的優勢，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，進行市場調研。全面了解農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，讓有需求的農戶加入會員，然后進行規模化的服務、培訓管理，讓農戶清楚、明白地掌握植保無人機的作業原理，同時加入會員的農戶在參與培訓、購買或租用植保無人機方面享受一定程度的優惠，從而激發農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，防止因為無人機質量問題、農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資供給結合，既可以保證服務質量，打消農戶的重重疑慮，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區域的地形地貌，實時、有效地收集相關作業數據，及時監控耕地的各種情況。

通常來說，一些大型的農戶或專業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，土地規模也相對較大，便于植保無人機進行飛防作業。因此可以選擇這樣大型的農戶或者專業合作社作為植保無人機飛防作業試點，給予他們一定的優惠補貼政策，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國家生物安全的重要性。中國是發展中國家，農業的安全、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。今后隨著快速發展的科學和技術，特別是通過衛星遙感預測病蟲害，病蟲害的防治效果將大大提高。政策扶持促進技術創新成果的轉化，行業標準即將出臺，助力植保無人機進一步占據農業植保市場的主要份額。

植保無人機具有高效、安全、環保和便捷等優點，再加上有北斗衛星導航系統的技術支持，植保無人機的未來發展前途一片光明。植保無人機作為現代農業的重要內容，實現了高收益、高精確度和支持環境保護和農藥“零增長”的目標，促進中國發展智能農機及實現農業合作社的發展。作為我國農業的大省，黑龍江省有責任保證中國人端好自己的飯碗，使用北斗衛星導航系統的植保無人機噴灑農藥進行植物保護，具有重要的經濟價值和重大的社會價值。安全高效、降低成本、提高效益。黑龍江省省內的農村人口人均土地資源比較分散，農村人口老齡化嚴重，青壯年勞動力有日益減少的趨勢，植保無人機噴灑作業，更適合當下黑龍江省的農業生產，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狀及發展趨勢分析[J].中國植保導刊，2019，39（3）：79-80，89.

[2] 徐亞蘭，郭承軍.運用北斗衛星導航系統的植保無人機發展現狀研究[A].中國衛星導航系統管理辦公室學術交流中心.第十一屆中國衛星導航年會論文集——S01衛星導航行業應用[C].中國衛星導航系統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.植保無人機在農作物領域病蟲害的防治研究[J].新型工業化，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展現狀[J].農業開發與裝備，2018（12）：45-46.

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