农用无人机在水稻病虫害防治中的应用综述

阙名锦

(广西玉林农业学校，玉林 537000)

1 植保无人机发展概述

1.1 植保无人机国内发展背景

我国是世界闻名的农业大国，近几年，现代农业技术发展迅猛，这也在很大程度上加快了我国农业生产水平的发展。传统的农业生产从翻耕到收获全部采用人工的形式，这种作业形式相较于机械化作业效率较差且质量不能保障。近年来为了实现农业生产的全面机械化，降低农业植保的污染度，植保无人机已经在部分地区使用[1]。人工手动喷雾器和背负式电动喷雾器也存在作业强度大、时间长、效率低、施药作业人员易中毒、药液用水量大等缺点[2]。为推动新农业新型主体的快速发展，提前预防病害虫害，降低损耗，大力推进统防统治、少用化学农药、科学使用农药，努力实现减量控害、节本增效、农药零增长，植保无人机在水稻的专业化统防统治上将会更广泛[3]。无人机的全面推广证明我国开始向机械化农业生产模式迈进，也证明了我国在农业科技上的巨大进步。采用植保无人机在空中喷洒农药，会达到减少植物病虫害的统防统治目的，同时在药剂配置上和操作方法上也对作业者提出了更高的要求。

1.2 无人机国外、国内的使用情况

植保无人机主要应用地区集中在亚洲。其中，日本与韩国是使用小型植保无人机较多的国家。而在欧美国家则是利用大型飞机进行农药喷洒作业，由于小型植保无人机作业面积较小，因此，在农药喷洒工作上，无法起到很好的效果。再加上美国航空领域非常广阔，所以，在水稻病虫害防治工作中，美国基本上都采用大型无人机进行农药喷洒[4]。由于我国人多地少，水稻种植又是以小型分散式农田为主，在进行农药喷洒时，大型机械进入农田工作 将造成机械的沉陷。因此，我国水稻病虫害防治目前主要采用人工作业的形式。近几年来，对小型植保无人机进行一些创新与改良后，我国植保无人机才逐步得到推广的工作。

1.3 植保无人机简介

植保无人机属于遥控模式的小飞机，专门应用于农药的喷洒，这种机械体积相对较小，但是相对于传统农药喷洒的操作却拥有较强的优越性，最大起飞重量能够承载25kg以上，其中包括10kg以上的农药[5]。喷洒水稻农药时为低空操作，平均667m2地能够在半分钟之内完成作业，而传统的人工喷洒农药方式完成667m2地平均用时半个小时左右。可见，植保无人机工作效率相当于传统农药喷洒效率的60倍[6]。此外，植保无人机为智能操作，操作人员在地面上利用智能手机和遥控器指挥无人机作业，利用多旋翼无人机向下的强烈旋转气流在风力翻滚和摇晃农作物的同时喷洒农药能够更好的让药液粘在植物的每一张叶片上，在下方的农作物形成一个的紊流区，可以非常均匀地喷洒农药，因此能够将部分农药喷洒落到茎叶背面和根上部，这是目前人工和其他喷洒的设施设备无法做到的喷洒质量。由于多旋翼飞机下风力集中，采用超细雾状喷洒比较容易透过植物绒毛的表面形成一层农药膜，有效的提高了对农作物的防治效果。在此基础上，无人机由GPS装置全自主飞行喷洒农药，喷洒作业人员避免了直接接触农药，保障了操作人员的安全。即使采取手动遥控作业，作业人员与无人机的距离较远，发生操作故障或紧急情况时也不会对在场的工作人员造成危害。如果在植保无人机上加装了摄影镜头，还能通过所拍下的视频对病虫害进行实时监控[7]。多旋翼无人机具有作业时高度低，飘移减少，可空中悬停，无需专用的起降机场。由此可见，植保无人机具有遥控操作方便，防治效果好，喷洒作业安全等诸多优点。

另外，多旋翼电动植保无人机喷洒技术采用超细喷雾喷洒方式至少可以节约30%的农药使用量和用水量，有效减少了农药残留和土壤残留，符合了绿色农业的发展要求。电动无人机与油动的相比，整体尺寸更小，重量更轻，折旧率更低、单位作业人工成本不高、易保养。

2 国内植保无人机在水稻病虫害防治上的应用

2.1 植保无人机在水稻病虫害防治工作的研究进展

由于我国人多地少，南方水稻种植又是以小型分散式农田为主，在进行农药喷洒时，如果大型机械进入农田工作将造成机械的沉陷。因此，我国南方主要采用人工操作无人机的操作形式进行水稻的农药喷洒。近年来，南方各地根据我国水稻种植的特点，对小型植保无人机进行了多方面的创新与改良，使其更适应我国农田种植的实际情况。自2011年开始，我国对小型植保无人机进行了大规模示范与使用，不仅提高了水稻种植的机械化程度，而且在病虫害防治中，也取得了一定的应用成果。

2.2 植保无人机在水稻病虫害防治工作的优点

应用于水稻病虫害防治作业中的植保无人机按机翼分为单旋翼植保无人机、多旋翼植保无人机2种，按动力源可分为电动植保无人机和油动植保无人机2大类，电动无人机与油动的相比，整体尺寸小，重量轻，携带方便、折旧率更低、单位作业人工成本不高、易保养，地形要求低，作业不受海拔限制，起飞调校短、效率高、出勤率高[9]。

2.3 全程机械化作业

农业生产机械化进程的快速发展中，水稻种植也基本上实现了收割和插秧全面机械化的水平。但是，在农药的喷洒环节上基本上还是靠人工喷洒的形式进行。人工操作不但没有效率且并不能保障喷洒的均匀性，效果不佳。而无人机喷洒能够有效降低喷洒过程的劳动强度，且能够在很大程度上提高喷洒的质量。在无人机的开发和实施过程中农业生产已经全面实现了全程机械化作业[9]。

2.4 适应多种地形

水稻田对机械的要求较高，很多水稻田都没有规则且较为杂乱，原始的作业形式只需要有较小的空间便能喷洒农药。但是在稻田里面穿行很容易对部分水稻叶片受到损伤，而且作业人也容易受到农药的感染而出现中毒现象。而其他地面形式的机械喷洒无法进入农田，在这样的情况下，无人机就能够展现出硬件和软件结合成仿地形飞行作业喷洒，能够在飞行时一直与植物保持安全的飞行高度。只需要起飞的地点和降落的地点便能够实现不限地形的农药喷洒作业，对地形的适应能力比其它机械强很多。

2.5 提高统防统治效率

因为无人机的机型较小，因此使用比较方便且统防统治效率高。生产无人机的很多厂家都会为农民提供无人机的使用方案，并随其进行基础讲解与演示。根据本人历年来的作业数字统计：无人机作业效率相当于人工效率的30至60倍。如此鲜明的对比，可见，无人机的全面推行势在必行。

3 在水稻病虫害防治作业中推广无人机存在的问题

3.1 技术人员短缺

植保无人机在水稻病虫害的应用过程中由于技术人员操作问题，经常出现喷洒不当的现象。因为无人机是最近一段时间才开始被使用在我国南方，人们对无人机的了解还比较少，且无人机在推进过程中没有考虑到操作人员的技术水平和专业能力，导致无人机虽然在效率上提高了对水稻病虫害的统防统治农药喷洒效率。但是由于技术人员欠缺，作物的统防统治需要提前排队才能进行无人机机械喷洒，这很大程度的影响了农药的最佳防治喷洒时期，延误防治工作，导致统防统治工作无法在短时间内完成。据统计，2014年我国植保无人机保有量为695架，飞控手人数1100多人，总作业面积28.4万hm2;2015年我国植保无人机保有量为2324架(31个省统计)，总作业面积76.85万hm2，增长幅度分别为234%、170.6%。预计到2020年名中国对植保无人机的需求量是10万架，从业人员需求量达到40万人。

3.2 缺乏操作规范性，使用效率不高

植保无人机的规范性使用，主要受到两方面因素的影响。一是机器本身功能设置的规范性。目前，植保无人机还没有统一的设置规范和标准，因为无人机还处于试用阶段，针对机器的管理机构并没有设立，导致了现在市场上的植保无人机各部分的功能参数参差不齐。二是操作技术的规范性。植保无人机因为没有统一的功能设置标准，农民在使用无人机的过程中一旦出现问题只能和厂商直接联系，厂商通常会派遣技术人员指导和远程指导。由于农民文化水平较低，而且也没有进行过专业的培训，但是，水稻的病虫害一旦发生便会快速蔓延，需要及时喷洒农药，以免错过最佳的防治时间，所以远程指导有时并不能解决无人机使用过程中的燃眉之急，即使能及时解决了个别问题，也会大大降低植保无人机的使用效率。

3.3 药剂掌控问题

植保无人机掌控问题包括药液精准配制的技术问题以及缺乏专用药剂产品的问题。植保无人机所用的药液浓度高，用水量少，需要精准配制。根据笔者近年来的作业经验，植保无人机一般喷667m2水稻只需要用1～1.3kg水即可，这就要求农药的配制需要非常精准，这和传统喷壶模式的药剂对比有非常大的差别。因此，无人机的药剂掌控非常重要，现阶段，无人机的药剂大部分都是由农民自己选择。目前市场上常见的农药都不是专门针对无人机使用而设定的药剂，一旦使用了非无人机专用农药，无人机在作业过程中就会经常出现喷洒故障，比如药量无法均匀喷洒等现象。目前，厂家只提供无人机的销售，并没配套销售无人机专用的水稻农药，也并未明确说明无人机适用什么种类的农药，这大大的降低了水稻病虫害的预防效率。

4 推广植保无人机的对策

4.1 培养专业技术人才

要提高无人机在水稻病虫害防治工作中的应用效果，首先面临的就是操作人员的技术培训问题。但是目前现在的无人机飞手基本没系统学习过植物的基本知识和相关的农药专业知识，专业化水平较低。有些飞手能够实现飞防作业，但是并未经过相关的考核，而且购置无人机的基本都是种植大户，种植大户基本上都是普通农民，且年龄在40～60岁之间，他们对新知识的接受能力较差，这是推广无人机应用的首先要解决的问题。鉴于此，本人认为应在当地的农业部门设立无人机使用培训机构，提高无人机工作者的专业素质。无人机使用培训机构要制定科学的人才培养的制度和具备完善的课程设计。培训的内容应包括三个环节——理论学习、模拟操作及实践飞行、考证。在培训课程的设置上，还要注意无人机的维修和养护方面知识的培训。为了提高培训质量，培训结束后必须对参与培训的学员进行考核。

4.2 加强操作的规范性管理

为了加强植保无人机的规范性管理，相关部门应编写规范性的使用制度及操作规程。操作规程包括以下内容：1.对植保无人机接货的检查。2.对植保无人机使用要求。3.对植保无人机启动前和飞行结束后的检查。4.对植保无人机操作人员的要求。5.对植保无人机飞行作业要求。在无人机的操作过程中，天气因素和地理因素都会对无人机的喷药效果造成影响，特别需要注意的是阴雨天不能强行使用无人机，在风力级别较大的天气也不能进行作业。在地理上主要体现在：作业区域范围内的十米之内不能有人员居住且这一范围内没有防护林和高压线等障碍物，且田间有能够让操作人员行走的空间。

现在市面上使用较为广泛的植保无人机在技术领域上已逐渐成熟，且具有良好的植保防治效果，尤其是在水稻病虫害的防治上效果更好。植保无人机如今还有部分的机器没有断点巡航功能，一旦机械出现故障就从而无法记录上次的喷洒地点，不能准确的对水稻继续进行定点喷洒，这样就会出现重复喷洒和遗漏喷洒的问题。为了避免这样的情况发生，建议无人机管理部门应规范所有无人机必须具备断点巡航功能，以减少由于电力和故障而出现重复喷洒的现象，影响水稻病虫害的防治效果。其次，为了提高无人机的安全系数，应该采用载波相位差分技术保障无人机能够达到厘米级的精准度，保障定位的绝对准确性，根据开始设计的航线达到厘米级的自主形式。以往的无人机大多数都是采用GPS定位，有时候会受到周边环境的影响将信号误差的概率增大，不能精准的实现当前地点定位。例如，在一些地区的无人机喷洒过程中，无人机距离水稻的高度为3m，3m的高度能够有效的保障飞机的安全系数，但是在药效上却不能完善保障。若采用载波相位差分技术对其进行精准定位，那么水稻的病虫害统防统治效果将进一步提升。为了加强无人机在农业水稻病虫害防治的效果，应大力推广智能化机械设备，保障无人机市场的有序发展，进一步加强无人机使用的规范性。

4.3 加强农药的规范使用

近年来采用无人机进行农药喷洒已经受到越来越多人的认同，但市场上无人机专用农药十分缺乏，极大地制约了无人机行业的发展。这两年来，全国多省也相继成立了植保无人机专用农药药剂研发中心，旨在为植保无人机研发专用药剂，这对于农药减施增效、促进农药使用零增长具有重大意义。如广西，目前正与善思公司在全国首批达成纳米农药试验示范合作。纳米农药技术是与无人机低容量喷雾相匹配的航空植保专用药剂，对提升全区专业化统防统治水平，探讨并制定无人机在水稻、甘蔗等作物上的作业技术规程有很大的推进作用。

在规范药剂上，建议将不同类别的无人机分别采用不同的专用药剂进行效果对比，通过对比效果，在不同地区，选择对水稻防治效果最好的无人机专用农药。药剂的使用也要结合当地的环境气候选择。目前专门应用于无人机的药剂较少，传统的农药平均667m2地需要用水几十公斤以上，而无人机需要的水和药剂量并不多，但是浓度却相较于传统农药高出很多。因此支持研制毒性较低且药效持久无人机专用药是迫不急待的。

综上所述，植保无人机不但具有效率高且安全性能高等特点，而且还能降低劳动力的成本和药剂使用量，减少农业成本的支出，很大程度上提高了农民的经济效益，同时也进一步保护了农业生态环境。由此可见，无人机经过一段时间的推广应用，势必会突破局限，为把农业生产推向全机械化、绿色发展方向发展奠定坚实的基础。