基于无人机遥感监测的施肥控制技术探究

曹 亮

（成都市农林科学院，四川 成都 611134）

现代农业发展的主要目标之一是实现精准农业，缩减资源浪费用来带动农业从资源型向科技型、节约型转变。世界粮农组织近几年的数据调查显示，在全世界范围里面我国已成为使用氮肥最多的国家之一，氮肥的用量占世界总用量的30%。如何有效使用氮肥是农业生产的重要环节。

1 国内无人机遥感施肥研究现状

我国之前传统施肥方法以实验室检测或者田间的观测为主，不利于应用和推广，浪费大量的时间以及人力，成本相对较高。运用高光谱成像技术进行动态监测，能够实时指导植保无人机对植被精准施肥。目前农业信息现代化的一个主要研究方向就是运用高光谱成像技术快速取得植被的参数以及相关信息。植保无人机是以地面遥控器来进行操控，运用在农林植物保护作业方向的无人驾驶飞行器。目前市场上植保无人机种类比较多，按照机型不同划分，可以分为固定翼植保无人机、单旋翼植保无人机以及多旋翼植保无人机。按照动力不同划分，可以分为油动植保无人机以及电动植保无人机；植保无人机的优点是飞行速度快，采用的是喷雾喷洒方式，喷洒效率大大高于传统肥料的喷洒。植保无人机喷洒肥料优点是雾化效果好、喷洒均匀，节约了肥料以及水的使用量，有效减少了喷洒肥料对环境的污染。我国农业“十三五规划”提出未来农业现代化需要更上一层楼，而且要求农业机械整体的使用率达到60%，因此植保无人机在农业发展中有很大的经济效益。目前，传统的喷雾设备显然不能满足精准农业的发展需求，因此必须大力推动无人机应用以及发展，以此来解决我国喷施技术所面临的各种问题。研究无人机喷洒技术、飞控参数以及药剂配方，将会为农业施使用技术带来一场伟大的技术革命。

2 利用无人机遥感施肥的前景和技术要点

为了给植被补充所需要的营养元素，人们会使用各种肥料，然而从国内当前农业植保装备的条件来看，无法向农作物补充它们所缺失的所有营养元素。因此通常情况下将农作物的冠层当作的标靶。沉积回收率指的是农业地块落在农作物表面的施肥量除以本次喷施肥的总量，也就是有效利用肥料的比例。如果这个参数大，意味着肥料达到了较高的使用水平，反之亦然。借助水分子的分散作用，肥料作用于农作物的表面，一般指有效地沉降到农作物的表面，切实降低没有效果的雾滴喷施，使雾滴有效地黏贴于叶片表面，尽量黏贴于叶片的表面之上。检验肥液有没有切实发挥作用，要查看肥液的粘附性、润湿性以及叶片表面自身的持留能力等多个重要指标。肥料从喷头喷出雾化到飞向农作物是动态化的一个过程，相关专家提出了一个概念——动态表面张力，这是一个非常关键的技术参数。它意味着喷头和液体分离的刹那间，雾滴本身的喷施动态张力 (the droplet spraying dynamic tension)比较高，它对肥液展布以及滞留于植物的表面之上有重大影响。借助接触角测定、扫描镜等手段能够观察到这种现象。农作物表面本身的非光滑形态和水润能力高低的关联性，那些并非十分光滑的凸包形且并非特别光滑的个体植株的表面，逐步增强了排斥水的相关变化。喷洒出的肥料和农作物表面或者叶面会形成较大撞击，形成多次或者一次液滴跃。利用高速显微摄影机能够观察到，由喷头喷出后，小雾滴以特别低的速度以及加速度前进，和叶片进行碰击的过程中会出现多次跳跃。而且，动态表面张力也会对肥液在农作物叶面上的展布和沉积产生一定影响。在肥料中添加助剂，即可在一定程度上降低肥料小雾滴发生跳跃的频次，肥料使用率得以提升。最年来，大部分高光谱相机利用轻小型无人机作为自己的搭载平台，和其他形式的遥感平台比较，轻小型无人机航行自由、成本低廉、适应性好等，优势显著。人们越来越重视轻小型无人机这种高光谱遥感平台。从空中拍摄农田植被，对农田植被的相关指数进行精准监测，获取它们的高光谱图像，利用相关软件对所获得的数据进行处理和分析，为植保无人机精准施肥辅以必要的基础数据。

3 使用无人机施肥的优势

各国有着不同的国情，故此它们运用植保无人机的范围和程度也各不相同。整体而言，农业航空技术是判断一国农业现代化程度的一个关键指标。未来，农业航空技术、植保无人机会被越来越多地运用于农业生产中。中国是农业大国，农用机械化的程度是提升农业生产力和生产水平的一个重要标志。传统的农田肥料喷洒方式在很大程度上危害人体健康，每年因肥料中毒或死亡的人数有数万人之多。因此要提升利用植保无人机施肥的比例，规避不准确、不均衡、不合理施肥的问题，以免污染生态环境、浪费资源，造成土壤环境的进一步恶化等。

植保无人机被用来喷洒肥料，有以下显著优势：

（1）高效安全：它的飞行速度非常之快，每小时能够喷洒8-10公顷；操作人员可以在一定距离内对其进行遥控操作，无需直接接触各种喷洒肥料，降低了肥料伤害人体的概率。

（2）成本低、节省肥料：植保无人机采取了喷雾喷洒的手段，肥料使用量最少也能够节约一半，尽可能地削减了资源使用成本。

（3）能够获得显著的防治效果：植保无人机处于相对较低的作业高度、喷洒雾滴不会出现较大飘移、能够在空中悬停，植保无人机在喷洒肥料的过程中旋翼形成的向下气流，能够强化雾滴穿透农作物的能力，能够获得显著的防治效果。

我国是农业大国，采取植保无人机来喷洒肥料，可以创造一定的社会价值以及经济价值；植保无人机具有较高的工作效率，无需投入较多的农业生产成本，农民可以获得较高的经济效益。但是工业级无人机的要求不同于消费级无人机，植保无人机在进行飞行作业时，要满足较高要求，比如低速匀速低空飞行，而且要进行直线高精度飞行，能够垂直定点起降，操控手要具有过硬的飞行技术，它在很大程度上影响了无人机施肥的推广和普及。

4 结 语

现代农业管理的发展，基本上实现了收获、播种、土地翻耕等生产环节的机械化，但仍有部分环节依旧采取陈旧的作业方式，如防治病虫害、给农作物施肥等，同时也它带来了诸多衍生问题，比如滥用肥料、严重污染土地、残留量大等。在农业现代化水平不断提高的情况下，土地规模化、土地流转是现代农业发展的必然趋势。农业经营生产的主体出现了重大变化，家庭农场、种田大户等变成了农业领域的中坚，经营主体的改变为无人机植保推广带来了契机。同时植保无人机可有效预防病虫灾害大面积突发，它具有高效率高、安全性强、作业质量好、高适应性等多个特点，能够及时有效地破解病虫害防治的重大难题。