植保無人機的應用與發展前景

王家輝 王國賓 張同升 劉儷戀 谷昊政

植保無人機具有精確定位、高效作業、噴灑效果好、省藥省水污染小、操控人員安全系數高等優點。該機在田間作業之前，可以通過遙控器進行RTK定位確定作業的地塊來實現噴灑作業。作為一個大型的機器，它可以安裝不同的設備來進行生產作業。在作業過程中，影像設備作為無人機的第一視角可以及時地了解田間的信息，彌補了通過其他手段導致獲取影像的不清晰或者無法獲取影像的缺點[1]。在國外的發達國家，由于研發時間早，科技水平高，有關應用在植物保護方面的航空施藥技術發展迅速，尤其美國和日本在植保無人機施藥技術方面發展得最好。

一、植保無人機的作業優勢

（一）安全系數高

傳統的手動背負式噴霧機施藥技術與植保無人機施藥技術相比存在農藥利用率低、壓苗、毀苗、施藥均勻性差，并且很容易對農作物以及土壤產生污染，使得農作物的產量降低，農民使用手動背負式噴霧機作業時往往不會佩戴防護措施，直接暴露在充斥農藥的環境之中，從而導致農藥中毒威脅人身財產安全。植保無人機與傳統的施藥工具相比，大大降低了作業人員的中毒風險，在當前的施藥技術中處于領先地位，為農業的可持續發展提供了強有力的支持。

（二）作業效率高

植保無人機與傳統的施藥工具相比，其優點在于：作業效率高、節約資源、適應于各種地形。植保無人機日均作業面積高達350畝，是人工施藥的30倍。在施藥作業時，施藥人員只需要在遙控器上輸入適合飛行的參數，就能夠實現自動飛行，從而達到病蟲草害的防治效果，大大節省了人力成本。盡管植保無人機施藥技術與傳統手動背負式噴霧機施藥技術大大減少了農藥的浪費以及對于環境的污染，但是對于農作物以及農田的污染依然存在。因此，國家應進一步加強對植保無人機施藥技術的研發和改進，從作業效率化、作業安全化、精準噴施化、節水節藥以及作業環保等方面入手，進一步研究航空施藥技術。[1]

（三）植保無人機防治效果好

近年來，隨著植保施藥技術的迅速發展，植保機械噴施農藥逐漸成為農業防治病蟲害領域的重要手段。霧滴漂移運動的發生在大氣中是無法避免的。藥液霧化后產生的霧滴越小、質量越輕越容易受到大氣影響進而發生漂移。所以一旦霧滴發生漂移，就會導致大部分農藥藥液資源浪費。植保無人機具有低空施藥的特點，其噴頭保證了藥液霧化[2]。在施藥過程中，旋翼形成的風場有利于霧滴向下達到靶標區域，增強了藥液在靶標區域的覆蓋率與覆蓋面積，藥液可以很好地穿透農作物冠層從而達到作業目的，還能進一步減少霧滴污染。

二、植保無人機研究現狀

（一）國外發展現狀

美國因地形地貌優越，平原廣闊有利于農業發展，其農業可耕種面積達到世界可耕種面積的10%左右，玉米、小麥為主要的糧食作物，其產量均為世界第一。農業航空在美國已發展100多年，1918年間，美國各州爆發了牧草害蟲，大型固定翼飛機首次作為植保機械，在高空噴灑農藥消滅了牧草害蟲，這次施藥取得了優異的防治成績，農藥航空施藥進入了新時代。日本與美國的農業生產環境差異較大，人均可耕種面積較少，國內的地形地貌較為復雜。主要生產的糧食作物為水稻，農業生產經營規模較小，水稻的種植面積達到1692hm2，均以小田為主[3]。因地形限制等原因使得大型固定翼飛機并不適合在日本的農業環境中作業。因此，不受地理地形限制的小型無人機，或者與植物保護有關的輕型植物保護直升機，這兩類飛機因輕便并且施藥作業效率高、飛機尺寸小、操作方便、農藥噴灑均勻等優點，近年來很快占據了日本的農業市場。植保無人機正式被歐盟無人機管理協會納入農業航空系統。在亞洲，韓國緊跟在日本之后，也是應用植保無人機較早的國家，韓國農戶對植保無人機的認可度很高。但韓國的植保無人機主要依賴進口，并且90%的植保無人機都進口自中國。

（二）我國植保無人機發展現狀

我國的可耕種面積約為1.28×108hm2，病蟲害每年發生的面積超過4.67×108hm2，造成十分惡劣的后果，防治面積約為5.67×108hm2，每年所需的農藥為3×105t。中國植保無人機從2005年開始依據科技部863計劃、農業農村部南京農機化所等開始無人機植保的研究和推廣，2007年我國第一架工程型植保無人直升機開始產業化探索。2014年起，隨著國家政策的推動，植保無人機出現蓬勃發展態勢。目前從業企業約300家，但產品可穩定使用企業僅十余家。2015年12月，大疆公司推出MG-1植保無人機，經此大疆公司正式進軍研發植保無人機的行列。大疆MG-1植保無人機具有先進的連續波雷達和智能飛控系統，不僅可以保障噴灑農藥的均勻性，節水節藥、提高作業效率，還可以自動保證與作物之間合理的距離。2021年中國植保無人機市場規模達116.34億元，同比增長27.44%。預計2022年將達131.22億元，2023年將達150億元。

三、植保無人機發展前景

（一）制訂相關扶持政策

植保無人機的進一步發展，需要政府等有關部門出臺相關政策給予扶持，如投入科研經費、提供科研場所等。對植保無人機的智能化、續航、噴頭、穩定性等重要技術進行研發改進。為此，各大高校和企業應該充分發揮自己的優勢，結合智慧農業的需求，推出作業效率更高、更安全、智能化更高的植保無人機，同時對制造無人機的成本進行合理控制，出售的價格應該更加合理。在針對無人機改進的過程中共同制定各項標準規則并重視相關檢測和試驗步驟。

（二）加速更新換代

針對植保無人機在應用過程所面臨的一系列問題，如作業效率低、續航時間短、操作不便等。為了解決上述等一系列的問題，就需要不斷地對植保無人機技術進行更新迭代，以更好地解決無人機出現的各種維護、續航、操作等一系列問題。技術人員應當及時地將作業過程中的問題反饋給企業。購買者也應該及時地掌握企業更新迭代的新技術和維護技巧，將使用無人機時出現的新問題和不足反饋給廠家。在此過程中，生產廠家和購買者之間的信息交流，可以對植保無人機的發展提供創新能力。

（三）研發植保無人機助劑

植保無人機作業過程中，導致噴灑出的藥液出現飄移的運動有很多，其中霧滴特性和氣象條件是最影響霧滴飄移。風速和風向影響霧滴沉積。氣溫較高會導致霧滴飄移時蒸發;植保無人機在施藥時使用的農藥應當具有抗飄移效果，否則，當藥液到達靶標區域時被氣象條件影響從而不能實現藥液的最佳效果。針對此類問題，可以在藥箱中加入適量的農藥助劑，改變農藥原本的理化性狀，使植保無人機在施藥中出現的蒸發過快、農作物難以吸收的問題得以改善。各大企業應當合作對抗漂移、抗蒸發、容易吸收的農藥助劑進行研發。

參考文獻：

[1]貢常委，馬鈺，楊銳，阮彥偉，王學貴，劉越.噴嘴類型對植保無人飛機噴霧性能的影響[J].中國農業科學， 2020， 53（12）： 2385-2398.

[2]李欣璐，殷敏琪.植保無人機在精準農業中霧滴飄移影響因素分析[J].現代農業裝備，2022，43（02）：37-42.

[3]張菡. 植保無人機變量噴藥系統研制[D].山東農業大學，2018.

（作者單位：山東理工大學農業工程與食品科學學院）