农业植保无人机发展现状浅析

孔令亮 陆金晶

0 引言

农业航空技术是国家农业现代化的重要组成部分，在农业生产中的应用比重不断加大。随着农业规模化、规范化的发展，无人机植保的效果、效率和效益显著提升。截至2017年底，全国植保无人机保有量达1.4万架，防控作业面积突破6 666.67 khm2，作业需求潜力较大。植保无人机主要是通过地面遥控或GPS飞控来实现药剂喷洒作业。1999年，中国林业科学研究院在“海燕650B”型无人机上融合了超低容量喷洒装置和GPS导航系统，并在广西省武鸣林区进行病虫害的防治试验研究[1]。无锡汉和航空技术有限公司2010年成功研制出国内第一架植保无人机。近十年来，我国低空低量作业植保无人机发展迅速，但与美、日、德等航空植保发达的国家相比，在农用飞机拥有量、年飞防面积和使用技术方面仍存在巨大的差距。2017年农业部、财政部和民航局联合印发通知，决定在浙江等6个省市开展植保无人机补助试点。2018年6月1日，我国第一个农业无人机行业标准《植保无人飞机质量评价技术规范》开始实施。无人机植保可以实现人、机、技、剂的有机结合，为发展绿色农业、生态农业提供了重要的装备和技术支撑。

1 植保无人机作业优势

与传统植保机械相比，植保无人机作业具有显著优势。

1.1 高效安全

作业速度快，工作效率高，在大规模、突发性病虫害的防治中作用显著；喷洒均匀，雾化好；可实现断点续喷，漏喷重喷少；远距离操作，作业人员免于农药伤害，喷洒作业安全性高。

1.2 节约水药

可实现农药自动定量、精准控制、超低量喷洒作业，减少农田环境污染。

1.3 防治效果好

植保无人机具有作业高度低、飘移少、可空中悬停等特点。喷洒农药时，旋翼产生的向下气流可以掀开植物叶面，有助于增加雾流对农作物的穿透性，使药液喷洒到植物根部，起到更好的防治效果。

1.4 适应性强

空中作业不受地形因素、种植方式、作物高秆、矮秆及生长周期的限制。携带光谱遥感影像设备，通过远程实时监测系统可以实现对农林植被病虫害的监测和预警，在制止林木偷伐、无人森林的防灾预警等方面可发挥巨大作用。

2 植保无人机发展存在的问题

随着补贴政策的实施和行业标准的制订，植保无人机越来越受到广大用户的青睐，保有量急剧增长，但在使用过程中，还存在一些问题。

2.1 价格较高，操控难度大

植保无人机作为农业生产应用领域内的新型产品，兼具农业机械功能和无人驾驶航空器特征，具有显著的作业优势。但价格居高不下，影响了农业大户购买使用植保无人机的积极性。同时，植保无人机技术结构和飞控系统复杂，安全性要求高，操控难度大，对飞控手的要求较高。

2.2 配套服务滞后

近年来，我国植保无人机的应用越来越广泛，但相关配套服务相对滞后。部分植保无人机使用过程中遇到产品部件损毁等问题，得不到及时维修或者是维修时间过长，成本较高，影响了用户使用。

2.3 载荷小，续航能力待提高

植保无人机按动力分为油动型和电动型两类。电动植保无人机载荷小，载重量为5～20 kg，航程较短，拆装电池、换药频次高，使用效率较低；油动无人机因配置结构不同，使用成本较高。

2.4 行业标准不完善

《植保无人飞机质量评价技术规范》从人员安全、公共安全和机具安全三个方面，规范了植保无人机的质量要求，但飞防药剂与植保无人机喷施作业技术标准还处于空白状态。植保无人机采用的是超低容量喷雾，传统药剂达不到飞防作业要求。生产企业通过喷施作业不断地实验、对比，形成了各自的作业标准。由于机具种类繁多，飞防药剂的性能不一，尚未形成统一的喷洒作业标准。

3 植保无人机关键技术的发展

3.1 超低空飞行的自调整

为了达到理想的喷施效果，植保无人机在进行喷药、施肥、浇灌过程中，要求在距作物3～4 m的高度喷洒药液。无人机超低空飞行时，由于距离地面较近，旋翼产生的气流会直接作用在作物上，当旋翼产生的气流过强时，会造成农作物倒伏，既影响作物生长，又降低喷洒效果。由于农田的实际地形高低不平，为消除超低空环境下的强地效影响以及降低紊乱气流的影响，应当实现无人机在超低空的高度自适应调整。

3.2 定位边际航迹自适应控制

受人为、自然环境等因素影响，植保无人机应能够根据需施药的地块、环境进行自动识别边际，根据边际的设定，完成航迹的规划，做到不重喷、不漏喷。

3.3 防飘移、雾化沉降技术

为避免或减轻农药对非靶标区域的影响和环境污染，低空喷雾作业关键要解决的难题是提高药液的雾化水平，减少雾滴的漂移，提高雾滴在作物中的穿透性和在叶面的沉积率，从而提高农药的利用率。由于无人机飞行时气流速度、状态及外界大气对雾滴的运动轨迹有影响，应研究无人机喷洒时雾滴的最佳粒径和喷洒状态。雾滴过大或过小都不利于病虫害的防治，只有当雾滴粒径与雾滴数目达到最优组合时，才会产生最好的防治效果。

3.4 图像采集分析与施药变量控制技术

植保无人机可以搭载成像传输设备，定期监测田间作物的病虫情、墒情、苗情，通过遥感、图像处理等技术实时采集，准确分析农田中的作物长势、病虫草害等农情信息，判断是否发生病虫害以及发生病虫害的轻重程度，及时调整药量的喷洒。对有病虫草害的田块实施精准喷洒，改全田均匀喷药为因地制宜按需喷药、精准施药，提高农药有效利用率。

4 结语

乡村振兴战略的实施加速了我国农业现代化的进程，采用无人机飞防能够产生良好的经济效益和社会效益。农用无人机不仅用于植保与播种，还用于林业监测、森林防火、农林病虫害监测、作物授粉、农业勘察、防止秸秆焚烧等领域。应用领域的不断扩展，为农用无人机的发展提供了广阔空间。随着农村的土地流转和规模化经营不断深入，高效高质的农业机械的发展为大田管理提供了保障。新一代信息技术如大数据、云计算、物联网在农业生产中的推广应用，使智慧农业、精准农业变成现实，为农业优质、高产、可持续发展提供了有效途径。