多旋翼無人機在農業植保中的應用及發展趨勢

李傳永 韓鑫

隨著無人機更加民用化，多旋翼無人機技術的發展成為農業植保領域的一個重要研究方向。目前多旋翼無人機已經被廣泛應用于各個領域，尤其是農業植保作業，相比傳統的農業植保機械具有顯著的優勢。

一、傳統農業植保的局限性

傳統農業植保主要依賴于人工操作，包括手工施肥、手工噴藥和手工除草。這些作業模式在過去長時間內一直是主流，但隨著農業規模的不斷擴大和現代農業技術的發展，傳統農業植保方式逐漸暴露出一系列問題。

（一）低效率和高成本

傳統農業植保依賴人力操作，勞動力成本高，效率低下。大面積農田作業周期長，顯著制約了生產效益的提升。

（二）受天氣和環境條件限制

人工操作容易受到天氣、地形等自然條件的制約，例如在惡劣天氣下難以進行作業，導致施肥、噴藥等工作無法按時完成。

（三）施藥不均勻

由于人工操作的限制，施肥和噴藥過程中難以實現均勻覆蓋，可能導致部分農田受到過度或不足的施藥，影響作物的生長發育。

（四）資源浪費和環境污染

傳統農業植保中常使用的化肥和農藥在施用過程中存在浪費，同時可能導致土壤和水源的污染，對生態環境造成負面影響。

（五）難以滿足現代農業需求

隨著農業生產方式的變革和農田規模的擴大，傳統農業植保方式已經難以滿足現代農業對高效、精準、可持續發展的需求。

二、多旋翼無人機在農業植保中的應用

（一）作物巡查與監測

多旋翼無人機通過搭載高分辨率的多光譜和紅外相機，實現了對農田的全面巡查與監測[1]。通過拍攝農田圖像，無人機可以識別植被指數、土壤濕度等關鍵指標，幫助農民了解作物生長狀態、水分狀況，及時掌握農田的健康狀況。

（二）病蟲害監測與早期預警

多旋翼無人機搭載紅外像機和高精度傳感器，能夠及時發現農田中的病蟲害問題。通過機載攝像頭捕捉作物表面的異常情況，利用圖像識別技術進行病蟲害分類和定量分析，為農民提供早期預警和精準施藥的依據。

（三）精準施藥與施肥

多旋翼無人機在農業植保中的關鍵應用是精準施藥和施肥。無人機配備智能控制系統，根據作物需求和農田實際情況，實現定點、定量、定時的施藥和施肥，減少了農藥和肥料的浪費，提高了施用效果。

（四）農田水土保持與灌溉管理

多旋翼無人機通過搭載各類傳感器，能夠監測農田的土壤濕度、植被覆蓋情況等信息，為水土保持和灌溉管理提供科學依據。通過智能算法分析數據，幫助農民合理制定灌溉計劃，提高水資源利用效率[2]。在以色列等水資源緊缺的地區，研究者通過多旋翼無人機監測土壤濕度和植被狀態，結合氣象數據，實現了對農田的精準灌溉管理。這種技術有效地減少了水資源浪費，提高了農田的生產力。

三、存在問題

（一）飛行時間短

多旋翼無人機由于電池容量和能量密度的限制，飛行時間相對較短，一般在20～40min之間。這意味著在大規模農田中的長時間監測和作業需求無人機頻繁返回充電，降低了作業效率，增加了農業生產的操作難度。此外，天氣條件、作業負載和飛行高度等因素都會對飛行時間產生影響。

（二）承載能力有限

多旋翼無人機由于結構和動力系統的限制，其有效載荷相對有限。這使得無人機在施肥、噴灑農藥等作業中每次能攜帶的物質量有限，需要頻繁補給，從而影響了大面積農田的高效作業。

（三）智能化水平待提高

盡管無人機搭載了高分辨率傳感器和像機，但在實時數據處理、智能決策方面，仍然有待提高。缺乏強大的處理能力和先進的算法，可能導致數據分析和應用的延遲，降低了在實時作業中的精準性和靈活性。

（四）法規和標準化的不足

農業植保涉及到大規模飛行活動，缺乏統一、完善的法規和標準化體系，導致了行業內的管理混亂和安全風險。對于多旋翼無人機的飛行高度、飛行路線、作業時間等方面的規范不明確，可能導致不同農場或地區的飛行沖突和作業干擾。

（五） 數據隱私和安全問題

多旋翼無人機在農業植保中產生大量的農田和作物數據。然而，如何保障這些數據的隱私性和安全性仍然是一個亟待解決的問題。在數據傳輸、存儲和處理過程中，可能存在黑客攻擊、信息泄露等潛在風險，特別是在數據共享的情境下[3]。

（六）初投資成本較高

多旋翼無人機的購置、維護和培訓成本相對較高，這對于農戶和小農場而言是一個較大的負擔[4]。初投資的高成本可能阻礙了廣大農業從業者采用該技術，尤其是在農業生產收益相對較低的情況下。

四、發展趨勢

（一）技術創新與性能提升。未來多旋翼無人機將通過材料、電池和動力系統的創新，提升飛行時間、承載能力和智能化水平，以更好地適應農業植保的需求。

（二）法規與標準的完善。隨著多旋翼無人機在農業中的廣泛應用，相關法規和標準將逐步完善，確保無人機的安全運行和合規性。

（三）數據隱私與安全保障。針對數據隱私和安全問題，未來將強化無人機數據的加密傳輸、隱私保護和安全存儲，建立更加健全的數據安全體系。

（四）降低成本和提高性價比。針對成本問題，未來多旋翼無人機技術將朝著更經濟實用的方向發展，提高性價比，降低農民和企業的使用門檻。

（五）行業協同和生態建設。多領域的協同發展將成為趨勢，農機、農藥企業與技術提供商合作，構建完善的農業植保生態系統，實現技術、資源、數據的共享與互通。

參考文獻：

[1]陳楊.基于無人機遙感開發平臺的草莓生長狀況快速監測研究[D].浙江大學，2020.

[2]籍延寶，姚鑫鋒，袁濤，等.淺談智慧農業[J].上海農業科技，2019（05）：138-139.

[3]葉茜.大數據時代信貸風險控制研究[D].江西財經大學，2017.

[4]賈宜霖.多旋翼無人機果園植保作業規劃及服務系統研發[D].山東農業大學，2022.

（作者單位：山東理工大學農業工程與食品科學學院）