论农业智能喷洒的应用及发展趋势

2020-01-08王跃文曹亚静王爱文

湖北农机化 2020年18期

王跃文曹亚静王爱文

(1.广东科贸职业学院，广东广州 510430；2.广州华夏职业学院，广东广州 510430；3.邢台学院，河北邢台 054001)

1 农业喷洒发展现状

我国南方地区，尤其是在广东、广西以及云南等省份，大多属于丘陵地形，人工对植物进行喷洒药物的劳动强度大，喷洒的均匀度相对较差。我国无人机正处于推广应用的阶段,帮助农民减轻工作量,提高资源利用率，实现精准作业[1]，加快我国农业的发展,更好与国际接轨，已经势不可挡。

长期以来，对于病虫害的防治措施主要采用人工喷洒农药，而人工喷洒存在严重效率低、效果差等问题。因此，发展智能喷洒农药技术，显得尤为重要。无人机智能技术在国外的发展较为迅速，一些发达国家的无人机控制技术已经十分成熟。近年，国产无人机公司像大疆、极飞等兴起，无人机智能技术也在随之迅速崛起。无人机智能喷洒以其高效率、安全性好等优势，迅速成为关注的焦点。随着无人机技术的快速发展，把先进的无人机及技术应用到农业生产上已经得到全球共识。

国外，日本率先将无人机应用在农业生产中，也是目前世界上无人机应用度较高、作业较成熟的国家。在人口老龄化程度高的日本，劳动力大量短缺。大部分耕地属于山地，这个和我国南方地区较为相似。在这样的条件下，采用无人机智能喷洒应运而生。采用无人喷洒农药，作业效率高而且劳动强度低节约成本，同时不受地形和长势的限制[2-4]。1987年，日本雅马哈公司率先应用20kg无人R-50，成为世界上第一个使用农用无人机喷药的国家。目前登记在册的田间作业无人机2000多架，防治面积达到100万hm2，无人机施药已占总施药面积的50%以上，是无人机应用最成熟的国家[4-6]。在日本，政府、农业协会社会团体和个人都会拥有一定数量的农用无人机。同时保险公司会为其提供保障，无人机公司为操作者提供为其一个人的培训服务。在员工有专业技能的同时提供保险服务。在无人机使用过程中出现问题时，可以到就近的售后服务点进行维修。日本的无人机技术与服务均已达到了非常成熟的地步，无人机的市场占有率达到60%以上[7]，值得我们国家学习。集中世界上最先进国家的美国，主要研究方向为精准农业遥感技术方面，但是无人机智能喷洒也引起了高度的重视[2,8]。由于美国主要市大型农场的作业模式，因此主要采用有人驾驶的固定机翼飞进行作业，其中美国的水稻作业已经完全采用有人驾驶的智能喷洒方式。在其他的欧洲国家，拥有比较智能的无人机发展水平，无人机制造公司与无人机服务公司相对比较成熟。在20世纪末，为了保护环境和安全等因素的考虑，航空喷洒在欧洲是禁用[9]，在2013年纳入欧盟民用航空系统[10]。另外在韩国、澳大利亚、加拿大等国也在将无人机应用在智能喷洒。

2 现阶段存在问题

缺少完善标准，助力农用无人机推广没有明朗的理论依据。国家在对无人机在飞行、运营、安全监督与管理等方面存在严重不完善等情况，无人机智能喷洒还处于发展初级，有待完善。同时，随着无人机技术的发展，国内市场涌现出一大批无人机生产厂家。但是国家还没推出一套完整的鉴定标准，这一问题就导致我国生产的无人机质量良莠不齐，在实际生产过程中常常出现这样或者那样的故障，例如电池没电、操控手柄失灵等。这些问题的存在导致其难以真正地投入到生产实践中。

安全隐患存在。一直以来在光是媒体曝光的事故已经有多起，在北京、武汉、杭州等地区都出现一些作业事故。有些问题是受先天条件限制，而有些则是由于操作不当导致事故发生。由于无人机是远程控制手柄控制的这种操作方式，在高压线附近，森林密集区域和存在高磁场附近都会存在很大的安全隐患。无人机操控专业性较强是大家都知道的，必须由专业飞手来进行操作，如果作业之前不向民航报备，稍不注意就容易造成违规飞行，严重影响民航正常运行。

农户对无人机的认可度低。我们目前从事农业耕种的大部分是中老年人群，他们主要的喷洒方式采用人工喷洒。而无人机智能喷洒是属于智慧农业领域重要的一部分，农民对于新生事物的接受还需要一个漫长的过程。另外，无人机较为昂贵，一次性投入太多，在一定程度上也限制了无人机喷洒的难度。

3 农用无人机在我国未来的发展趋势

我国疆域辽阔、地势复杂多样，大部分以个体为单位的小地块农田，大型的农用有人驾驶飞机喷施作业显得力不从心，大型农用有人驾驶飞机在田间作业时，无法规避农户住宅、不能进行超低空喷施、高空喷施农药不精确致使漂移量过大等特点使其无法很好的完成农药喷施作业，作业存在极大的困难。因此，研发适合国情的无人喷洒方式势在必行，实现机械化、自动化、智能化是未来无人机喷洒的主要发展方向。

机械化。小型化的农业生产中，人工手动背负式喷雾器以其价格优势占据了近八成的农机植保市场[11]。针对现在人工同时人工喷洒存在严重的问题。一方面，人工喷洒农药，适用于小面积，低矮作物，引起作业人员中毒的概率为85%左右据不完全统计，全国农业农药施肥作业过程中引起中毒事件的数高达10万余人，死亡人数占10%以上，劳动强度大，作业效率低[12]。另一方面传统的人工喷洒作业效率极其低，一天的作业效率几乎达不到一亩。就目前国内的形式而言，从事农耕的大多数是老年人，发展农业机械化显得尤为重要。

自动化。在复杂地形中由于作物保持一定的高度差，对于确保喷洒效果显得尤为重要。面对不同的作物，做到自动调节高度、轨迹。尤其是针对一些相对高大的植物。为了保证达到一定的喷洒效果，只是在植物顶部喷洒是完全不够的。这里就需要对植物的生长形状进行自动识别，接着自动规划逻辑路线，对植物顶部之外的四周进行喷洒。农业生产规模的扩大，不再是一台无人机的单独作业，通常需要多台无人机协调作业。在这里可以利用自动控制技术，实现多台无人机定时、定点相互配合协调作业，保质保量地完成农业喷洒作业。

智能化。因为从事农业作业的大多数是老年人，对农业机械智能化的呼声越来越高。工业互联网、大数据的迅速发展，农业机械的智能化程度还是远远不够。提高无人机性能，推进智能化发展进程，需要我们根据不同的作业环境调节速度，有选择性的同时自动的避开障碍物，保证整个无人喷洒过程的智能化、便捷性。智能化的发展能够为智能喷洒的应用范围进一步提高，为无人喷洒的发展提供了广阔的空间。