植保无人机在林业病虫害防治上的应用与优势

吴兴兴 苏越 赵天福 何志能 赵晓川

摘要：喷洒农药是林业病虫害防治中的通行措施之一，以往人工作业效率及防治效果容易受交通和地形地貌等影响。植保无人机具有工作效率高、省时省力、节约成本、安全性高等优点，可实现周年全程自动化作业，在林业病虫害防治中具有显著的应用优势和前景，说明将无人机应用于森林病虫害防治中的原因，分析了无人机在森林病虫害防治中的应用。

关键词：植保无人机；林业；病虫害；防治

无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）是指不载有操作人员或飞行员的飞行器[PAJARES]，通常由飞行器平台、传感器负载、地面控制台等部分组成[1]，是由无线电遥控设备和自备程序控制装置操纵的小型飞行器。已经从最初的军事领域逐步拓展到农业病虫害监测、森林防火、林业有害生物监测与防治等领域[2～4]。无人机操作灵活、适应性强，加装农药喷洒模块后就是通常所说的“植保无人机”，可以广泛应用于农林病虫害防治作业。

我国森林面积辽阔，病虫害的种类繁多，发生率非常高，是世界上病虫害危害最为严重的国家之一。我国现有森林病虫害约8000种，造成严重危害的有200多种，森林病虫害分布遍布全国，近年每年发生的森林病虫害面积大约在870万hm2以上，经济损失880亿元。尤其是1990年代以来，我国森林病虫害发生远高于世界平均水平，给林业生产和生态环境建设带来了重大影响[5～7]。植保无人机等高科技设备和技术的应用，提高了我国林业病虫害防治的科技化水平。

1.植保无人机在林业病虫害防治上的应用

1.1林业病虫害遥感监測

传统的林业病虫害人工监测可以准确评估病虫害发生种类、程度和空间位置等信息，但是费时费力且效率不高。利用植保无人机开展病虫害遥感监测，具有获取信息快、作用面积广、重复周期短和成本低等优点，可以弥补人工调查的不足，能够快速和准确的监测大面积林业病虫害，经济效益高且时效性更强。

利用无人机系统获取的航拍高精度红外图像等数据，对其进行识别、判读和分析就可以监测和评估病虫害发生的情况[8]，具有高度的连续性、理想的空间精度及后续分析的便利性等突出优点，现已成为林业病虫害监测的重要手段。目前，基于无人机监测数据与专家判读相结合的病虫害决策机制正在发挥重要作用，大大缩短了监测时间，而且准确率高。

1.2林业病虫害精准施药

以往林业有害生物的化学防治过程中，有人驾驶农用飞机更适用于连片大面积林区作业，但受起降场地、使用地点、时间等限制，并且作业高度高，农药施用量过大，喷洒雾滴可控性差，易飘移靶标区，对空气、水体及土壤造成渗透，污染风险较高[9]。自20世纪90年代日本首先将无人机用于大田作物、果树的生长状况观察和病虫害监测防治等领域以来，植保无人机大幅度提升了病虫害防治机械化水平。未来我国利用植保无人机开展林业病虫害防治将成为必然方向，将进一步提升林业病虫害防治体系的科技水平。

2. 无人机在林业病虫害防治上的优势

2.1适应性强

机械、机具的适应性对防治效率有很大的影响。常见的高扬程车载喷雾机及电动、手动施药机等面对高大林木以及复杂地形具有明显的局限性。植保无人机机体相对较小，不需要固定机场、机库及后勤保障设施等，不受地形和树冠高度限制，不需要特定的起降平台便可在复杂地形地貌上空作业，同时具有优异的飞行性能，转弯半径小、爬升率大，可十分灵活的在空中垂直上下飞行、悬停和掉头，超低空作业性能好。

2.2作业效率高

植保无人机的空飞率低，可在作业区的空地上就地加油、加药，减少了无效作用时间。植保无人机作业宽度可达4～6米，每小时作业可达40～60亩，可以全天作业，作业效率比常规机具高。植保无人机搭载全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）后可实现精准化作业。

2.3节省人力安全性高

以往林业病虫害防治主要依赖人工作业，农药施用过程中体力劳动强度大，消耗大量的人力，而且还存在效率低下的问题。植保无人机在很大程度上节省了人力成本的投入。

2.4防治效果更稳定

植保无人机施药采用微粒喷洒方式，作业高度低，能与冠层保持1～2m的固定高度，药液雾滴被旋翼下方气流加速形成气雾流，喷洒均匀、覆盖密度高，增加了药液雾滴的附着性，减少了漂移损失。因此药液沉积量和药液覆盖率都优于常规机具作业，防治效果好，减少了农药的浪费和对土壤的污染，有利于保护生态环境。

1.4有利于专业化建设

受全球气候环境变化加剧影响，一些林业病虫害的发生呈现频率增加、范围扩大、危害加剧等变化。在这种形势下，植保无人机专业化服务组织正在成为林业病虫害防治现代化、科技化的必然产物，促进了无人机、飞控人员、农药制剂、防治效果评价等多方面的联合，以及植保无人机行业标准、飞控操作流程标准和飞防保险标准的制定和完善，提高了防治作业的科技水平。

3.结语

植保无人机操作灵活、精确度高、飞行范围广、使用维护简便、自动化程度高、作业人员少、劳动强度低、安全高效、节省开支。近年林业病虫害防治中无人机的广泛运用和快速发展，提高了防治水平和专业化程度，有效减少了对林业生产和生态环境的破坏，取得非常突出的效果，很大程度上降低了林业病虫害的防治成本，产生了很好的生态和经济效益，具有广阔发展空间和应用前景。

参考文献

[1]WATTS A C，AMBROSIA V G，HINKLEY E A. Unmanned aircraft systems in remote sensing and scientific research：classification and considerations of use[J]. Remote Sensing，2012，4（6）：1671-1692.

[2]PAJARES G. Overview and current status of remote sensing applications based on unmanned aerial vehicles（UAVs）[J]. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing，2015，81（4）：281-330.

[3]张伟，余晓伟，余泳昌.电动多旋翼飞行器的特点及其在农业中的应用.现代农业科技.2014，（13）：215-218.

[4]赵星涛，胡奎，卢晓攀，等. 2014.无人机低空航摄的矿山地质灾害精细探测方法.测绘科学，39（6）：49-52.

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[7]覃智英.林业病虫害发生的原因与对策[J].北京农业，2015，10（29）：81-82.

[8]张军国，闫浩，胡春鹤，等.无人机在林业中的应用及前景展望[J].林业工程学报，4（01）：8-16.

[9]甘英俊，周宏平，郑加强.车载对靶喷雾机自动控制及低速巡航系统的研究[J].南京林业大学学报：自然科学版，2011，35（1）：99-102.

项目来源：云南林业职业技术学院学生科技创新项目

（作者单位：云南林业职业技术学院）