无人机项目在茶产业中的应用

2020-12-22闵星

福建茶叶 2020年11期

闵星

（宁夏财经职业技术学院，宁夏银川750021）

引言

茶叶蕴含着我国悠久的历史文化、民族文化及民俗文化，能够揭示和彰显古代文化独有的人文哲理和文化魅力。而在茶文化的加持和引导下，茶产业以其独有的品质和优质的口感，远销海内外，并形成以地域为优势，以文化为媒介，以产品为抓手的产业链条。而在新时代背景下，茶产业逐渐以效益和市场发展为核心，通过专业生产、系列开发、区域布局、规模经营的方式，将农户、基地、龙头企业有机地结合起来，逐渐形成产销一体化、贸工农共同体的产业组织和经营方式，然而在茶产业快速发展的过程中，却存在着诸多的问题，严重影响到茶产业快速发展的步伐。而将无人机项目充分地应用到茶产业发展中，能够从源头促动茶产业的健康发展，补齐我国茶产业发展的短板，提升茶产业市场化发展的质量和效率。

1 我国茶产业发展的现状

茶叶在我国拥有着悠久的发展历史，能够以地域特色为媒介，形成风味独特、口感优质的茶叶品牌。并在市场经济的带动下，形成产销一体化、贸工农一条龙的产业形式和经营方式，真正地将传统文化与农业生产有机地结合起来。然而在茶产业健康发展的过程中，却普遍存在产量低、差等品多、知名度低、生产能力有限、经营分散等问题。其中产能低、差等品多是影响我国茶产业发展中的重要因素，难以从根本长解决茶产品现代化发展的问题。根据相关调查显示，我国茶叶产销量位居世界前列，然而优茶、名茶的产量却只占全国茶叶产量的20%。究其原因，除亩产量有限外，便是茶叶种植、植保效率低下，技术含量不高。而在资金投入层面上，我国相关政府部门在茶叶加工、种植、生产上投入较少，茶农、生产基地及产销商投入能力不足，进而影响到我国茶叶的发展、升级及扩展。近些年，社会大众对优茶、名茶的消费热度持续增长，极大地促进了茶产业的发展进程，但由于资金投入有限，导致茶叶加工技术、植保技术依旧停留在传统的人工加工、制作及植保上，严重影响优茶、名茶的产出质量和效率，不利于我国茶产业的健康发展。因此提升茶产业的技术含量，加大现代科技在茶叶种植、植保、加工及培育中的应用，具有鲜明的现实意义和价值。而无人机项目，能够有效地解决茶产业的植物保护、地理勘查、病害防治等问题，提升我国优茶、名茶的产出质量和效率，解决茶产业发展的基础问题，使茶叶生产基地、营销商、加工商将精力集中到茶品牌建设、茶文化推广、茶商品销售等层面上，进而更好、更有效地推动并促进我国茶产业的健康发展。

2 无人机的发展历程

无人机是无人驾驶飞机的简称，是通过无线遥控装置及程序控制装置进行操纵的小型飞机，广泛应用在军事、农业、航拍、运输、救援、监控、巡检、拍摄、新闻报道及野生动物观察等领域。其中植保无人机是民用无人机的重要类型，是伴随农业技术快速发展而形成的无人机项目，由于其省药省力、环保高效、靶标明确、灵活性强等优势，逐渐成为我国农业生产的内生力量。世界首台喷药无人机诞生于1987年的日本，是植保无人机发展的开端，而我国的植保无人机问世于2010年，在不断试用、演示的过程中，能够快速地应用到农业生产领域。截止2018年我国植保无人机的应用规模已达11200余台，跻居世界前列。而根据相关预测分析能够发现，2020年-2030年，我国植保无人机的市场空间将达到400亿元，发展空间较为广阔。现阶段，农用无人机根据旋翼结构和动力系统，能够划分为不同的类别。在动力系统层面，植保无人机可划分为电磁动力和燃油动力两种，其中燃油无人机拥有较强的续航能力、抗风能力和荷载能力，然而操作难度较大、维护成本较高，普遍应用于大型的农业生产基地。而电池无人机拥有轻便灵活、操作简单、飞行稳定、成本低廉等优势，在市场上拥有较高的占有率，能够广泛应用于我国农业生产中。而根据旋翼结构，可将无人机划分为多旋翼、单旋翼及固定翼三种类别。其中固定翼通常运用在农田遥感和信息采集领域，拥有作业质量高、运行速度快及荷载量高等优势。而单旋翼拥有雾化效果强、飞行稳定，抗风性佳、穿透力强及下旋气流高等优势。最后是多旋翼，该类无人机造价低廉，操作要求低，简单易学，能够适用于各类茶叶生产、植保及地理勘测等工作中。现阶段，我国已结合茶产业发展趋势、区域经济特征及产业发展现状，构建出相对完善的无人机发展机制，构建出相对完善的社会服务、保险服务、无人机训练等配套机制，并在无人机应用上，从传统的茶园植保拓展为图像识别、精准遥控、农药喷洒等范畴。但在技术应用上，依旧与西方发达国家存在明显的差距，需要我国科研人员在实际应用中，不断优化、升级、改进无人机的应用技术，使其获得真正的发展。

3 无人机项目在茶园植保中应用问题

无人机项目在茶园业务中拥有较高的应用优势，然而我国农用无人机在茶园植保方面依旧处于探索阶段，无论在无人机使用技术还是在设备性能上，依旧存在着诸多的问题。

3.1 续航时间短

我国广泛应用于茶园生产、植保中的电动无人机的续航时间只有10-40分钟，需要操作人员频繁充电或更换电池，作业效率相对低下，往往存在无人机中途返航、无电等问题。而燃油类无人机的续航时间普遍超过1小时，但由于灵活性、机动性较差，难以应用于复杂的山地环境中，无法广泛地应用到我国地形复杂的茶叶生产基地中。而在我国茶叶市场化、产业化的程度不断加深的背景下，茶园种植面积得到了广泛的延伸和拓展，如果无人机续航能力差，将导致无人机项目在茶园植保作业中，难以发挥出真正的功能和作用。无法切实地提升名茶、优茶的产出质量和效率。

3.2 缺乏专业训练

无论电动还是油动无人机都需要操作人员拥有一定的操作基础，能够把控无人机在各类气候环境、山地条件中的飞行质量，确保飞行作业、植保作业、喷洒作业的顺利完成。然而我国茶叶生产基地或农户在应用无人机的过程中，往往忽视无人机训练在茶叶植保中的功能和作用，缺乏对无人机操控技术的认识，导致无人机应用效率低下，难以切实地提升无人机的应用实效。在专业训练中，农用无人机通常由24键位、8向操纵杆，一次小失误都能导致无人机发生坠毁事故，给生产基地或农户带来严重的经济损失。而且茶园的地理环境、气候环境及作业类别对无人机飞行又有不同的操作要求，需要操作人员进行上百次的操作训练。然而由于茶园负责人缺乏无人机训练意识，导致相关配套机制、设备及体系（维护、训练、仿真模拟）难以形成，致使无人机训练的质量和效率低下。

3.3 缺乏作业标准

通常来讲，植保无人机与传统人工喷药的浓度存在明显的差异，通常采用药液浓度高，用水量少的农药，但如果农药调配失当，将会发生农药堵喷头、药液结块、药物飘移等问题。但在无人机喷药操作上，农药调配环节却缺乏相应的标准。此外，施药技术和立地条件是茶园负责人在无人机飞行作业中着重考虑的问题。相较于传统的大田作物，茶园的种植地形和地理特定较为多变，除台地茶园外，主要以不规则的山地茶园为主。并且在茶园种植的过程中，通常会种植类别不同的其它树种，使得无人机的作业困难度、操作难度及地理复杂程度不断提升。但在实际的无人机作业中，操作人员往往缺乏相应的操作标准、技术标准及飞行标准，致使无人机作业呈现凌乱化、随意化的问题，严重影响到茶园植保的效率和质量。

4 无人机项目在茶园植保中的应用策略

无人机项目在茶产业中的广泛应用，能够有效地提升茶叶生产质量和效率，提升名茶、优茶的产出比例，推动茶产业的快速发展。结合无人机项目在茶园植保中的应用问题，茶园负责人应从人员训练和技术应用的角度出发，唯有如此，才能真正地发挥无人机项目在茶产业生产加工中的功能和作用。

4.1 采用编组作业模式

针对无人机巡航时间短的问题，技术人员应结合茶园的生产状况、资金实力及产业化发展目标，采用无人机编组作业的方式，开展农药喷洒作业、病害防治作业、地形勘查作业等活动，以此缩短单个无人机的作业范围，提升无人机的作业精度和广度。然而要想切实应用编组作业模式，需要技术人员架构相应的飞行系统，应用遥感定位技术、地形勘查技术，在无人机编组分类的基础上，提升无人机的自动化、智能化水平。即操控人员通过控制操控系统，智能地、自动地控制多组无人机设备，使无人机根据既定的地形地貌特征进行飞行和作业。然而在这个过程中，需要技术人员构建相应的飞行数据库，使单个无人机在遭遇复杂地形和障碍后，能够自动调整飞行高度，作业幅度，以此减少技术人员的操作难度，提升茶园植保作业的质量。而在实际实践阶段，需要技术人员构建侦查系统（定位各组无人机位置）、平台控制系统（控制无人机姿态、位置）及运动协调系统（衔接无人机和地面控制装置）。除此之外，还需要设置“手动操作装置”，以此应对系统紊乱或瘫痪后所出现的紧急情况。

4.2 构建专业训练体系

专业训练在无人机项目应用阶段，拥有难以替代的功能和作用，能够充分发挥无人机在茶园植保、病害防治及地形勘查等作业中的作用。首先，茶园负责人应构建专业的训练体系，培训中心、业务训练机制。建立科学合理的无人机训练小组，帮助操作人员在熟悉无人机操作后，能够应对各类复杂的地形地貌。其次，应借助模拟仿真系统开展针对性的仿真训练活动。由于实战训练成本高，具有一定的风险性，容易发生设备坠毁问题。因此构建仿真训练体系，能够有效地控制训练成本，降低训练风险，提高无人机业务训练的质量，使无人机训练更加信息化、专业化、现代化。在构建虚拟仿真训练系统的过程中，技术人员需要利用“侦查图像模拟”、“执行动作模拟”等技术，真实还原无人机操控时所发生的各类状况，以此提高无人机训练的时效性和针对性。最后，在实战训练和仿真训练的过程中，茶园负责人还需要构建相应的训练内容、训练目标、训练体系。根据茶园植保的具体要求，制定相应的无人机训练机制，从实际生产需求和植保要求的角度出发，明确业务训练中的重点和难点。继而提高无人机训练的针对性和规范性。

4.3 明确无人机应用的标准

为充分发挥无人机项目在茶产业中的应用优势，提升茶园植保效率。茶园负责人除了构建专业的无人机训练体系，引进先进的无人机应用技术外，还需要制定相应的应用标准，以此规范无人机应用的行为，提升茶园植保作业的质量。首先，在无人机喷药作业中，技术人员应明确无人机喷药的特征及特点，确定无人机喷药在执行飞行任务中所存在的问题，明确药液浓度和用水含量等标准，进而研制出适用于无人机作业的专用药剂。而在具体喷药过程中，还需要制定药剂装载标准、飞防喷药标准、应急处理标准等操作标准，并结合不同的地理环境、茶树密度及气候条件，制定飞防喷药时的喷药浓度、喷药力度和角度等标准。其次，而在无人机飞行作业中，茶园的地形、地理特征存在明显的区别和差异，且在气候影响下，无人机飞行的稳定性、协调性和灵活性会受到一定的影响，因此在无人机执行飞行任务时，应制定无人机在“特殊情况下”的操控标准和应对举措，以此提升无人机的作业质量。