智能装备与技术让蔬菜施药更精准

齐 鹏，刘亚佳，宋坚利，王昌陵，曾爱军，王志翀，何雄奎＊，张 炜

（1.中国农业大学农业无人机系统研究院，北京 100193；2.中国农业大学理学院，北京 100193；3.中国农业大学药械与施药技术研究中心，北京 100193；4.德国霍恩海姆大学农业工程研究所，巴登-符腾堡州 斯图加特 70593；5.安徽中科智能感知产业技术研究院有限责任公司，安徽 芜湖 241000）

我国蔬菜种类繁多，高达1 600种，蔬菜产业为农业农村发展的支柱产业，根据应用场景不同，主要分为露地蔬菜和设施蔬菜。2019年国家统计局数据显示，我国蔬菜播种面积达2 086.274万hm2，占全部播种农作物面积的12.57%，在种植业中仅次于粮食作物居第2位；蔬菜总产量为72 102.6万t，居种植业中第1位[1]。由于设施栽培产量和平均效益普遍比露地种植高，平均为露地种植产量的1.41倍[2]，特别是栽培同种作物，设施蔬菜是露地蔬菜产量的3.5倍[3]，经济价值十分可观，设施栽培成为带动农民就业和致富的重要渠道，在保供给、促增收、促就业等方面发挥着重要的作用。

由于蔬菜特殊的栽培模式，如高种植密度、连茬种植和周年连续生产等，为病原物的发育与繁殖提供了有力条件，蔬菜病虫害问题日益严重。特别是设施蔬菜处于封闭寡照、通风不良、高湿及土壤养分不平衡的条件下，加之棚室内天敌数少，设施栽培作物较之露天栽培作物更易发生病虫害。目前，我国每年由病虫害所导致的设施蔬菜产量损失都在20%～30%，受害严重，甚至绝产，威胁着我国蔬菜产业生产安全。使用农药是防治病虫害的主要手段，但菜农在具有风险感知前提下仍继续加大农药使用量，导致蔬菜农药残留超标，不仅影响了消费者食用安全，而且对我国农产品出口贸易造成严重阻碍。李中华等[4]对全国多个政府部门、种植园区、装备企业3个方面的相关专家和设施农业从业人员进行问卷调研得出，植保设备是蔬菜全程生产环节中影响产品产量和质量较显著的因素，高达20%，仅次于灌溉施肥设备（20.11%）。因此，面对蔬菜产业植保机械化、信息化程度低，农药使用过程中对靶性差等问题，因地制宜地开发适合蔬菜病虫害防治、作物种植结构特点的高工效智能装备，优化农药使用结构，应用高通量传感器、人工智能、智能精准对靶等技术手段，实现智能精准作业成为蔬菜产业急需突破的关键点。通过研发和开发新型蔬菜产业精准对靶施药装备，提高植保机械精准化、自动化、智能化，在显著减少劳动投入的同时，减少农药使用，提高农药利用率和病虫害防治效果，对提高现代化蔬菜产业的经济效益、生态环境以及食品健康安全具有重大意义。

国内外蔬菜精准施药技术与装备发展

现代农业的发展离不开农业机械化，随着我国农业机械快速发展，对农业机械的需求不再局限于机械的供给，而是与当前农机社会化服务以及信息大数据时代紧密融合，由传统农业机械化向智慧、智能农业转型升级。植保机械不仅影响农业机械智能化发展进程，而且其喷施农药、化肥对农业生态系统影响最为明显。智能植保机械是更加复杂的农业机械，是集智能感知、决策、控制，大数据、云平台、深度学习等技术为一体的现代智慧农业装备，一方面通过各类传感器等数字化集成模块控制农业机械运转，另一方面通过植保表型等感知信息精准控制药肥作业；因此，智能精准植保装备成为蔬菜智慧农业发展的重要代表。

国外

由于蔬菜植保机械化发展的实践差异，国内外在蔬菜植保机械的研究内容和发展重点上均存在明显差异，发达国家的研究主要集中在智能环保上，涉及精细化、自动化、节约化、智能化等技术，如美国构建了发达的互联网体系，农户能实时了解土壤、作物、农机等各类信息，且智能农业机器人已经初具规模，智能农机装备处于世界前列；德国利用自身技术优势，突破农业信息化和智能化系列关键技术，蔬菜等专用植保机械已经配备低量施药、变量施药、对靶施药等技术，其中变量施药技术已普及到普通农场，成为企业产品出厂标配；日韩受地块局限，需研发适于精细化作业的轻便型智能装备，特别是雅马哈公司研发的植保无人机成为植保领域重要的发展方向。20世纪50年代以来，国际上农药使用技术不断改进、完善，为减少环境污染，开发了低量防飘、减飘喷头以及循环喷雾等一系列雾滴控制技术，使发达国家蔬菜作物农药利用率普遍在50%以上，比我国高出15～25个百分点。

国内

中国蔬菜专用植保机械开发和施药技术的研究相对落后，可追溯到20世纪30年代，大部分为手动或者半自动产品，农药利用率仅在20%～30%，传统施药方式难以实现人和农药分离、人和农机分离，特别在相对封闭的温室环境中，对作业人员身体健康存在巨大威胁，无法满足蔬菜精准高效植保作业发展需求。21世纪初，农业机械化、智能化水平的提升为蔬菜植保机械发展带来极大的发展空间，大型高效植保机械得到推广应用，同时一些无人驾驶喷雾机器人和植保无人机相继出现[5]。随着农业现代化、精准化发展，精准对靶施药成为一个重要的发展方向，目前国内精准对靶施药发展处于起步阶段，近年来在该领域的研究日渐增多，多集中在定性研究和单一技术研究方面，精准智能系统解决方案较少，且大多研究仍处于试制、试验阶段，与发达的欧美国家相比，在实际生产应用推广上仍存在一定的差距。

我国露地蔬菜多借鉴大田粮食作物所使用的植保装备，结合蔬菜栽培农艺特性，大型喷杆喷雾机以及空中植保无人机已经在露地蔬菜病虫害防治中应用[6-7]。针对设施内专用植保机械和施药技术相对匮乏，大都直接照搬传统露地防治病虫害经验进行施药，又因设施蔬菜特殊生长时空决定，其植保机械多以电动或发动机驱动人工背负式机械为主，施药技术粗放、农药浪费严重，作业喷幅窄，劳动强度大、工效低，极容易造成人员中毒事件发生。目前，我国长江中下游地区是设施蔬菜植保机械化发展较好的地区，以蔬菜植保机械化最高的江苏为代表，全省设施内植保基本采用机械作业，但多为静电喷雾器、机动喷雾器，以及杀虫灯、臭氧发生器等；而华南地区和丘陵山区由于受地形或经济条件的影响，植保机械更加落后，特别在丘陵山地植保机械化水平仍非常低。

国内外蔬菜精准施药技术与装备种类及特征

发达国家的农业施药机械发展起步较早，其设施农业具有科技含量高、投入成本高等特点，在国外发展较为迅速，其中以色列、美国、法国、日本、荷兰、英国、意大利、西班牙、葡萄牙、比利时、墨西哥等在农业设施装备技术发展方面作出了杰出贡献。这些国家将先进的新兴技术应用到植保施药过程中，以实现植保机械化、自动化、精准化，如传感器技术、自动控制技术、导航控制系统等，并已经推广应用，基本实现了精细控制的植保机械产品市场化、系列化、国际化。

国内针对蔬菜开发的植保机械较少，起步较晚，露地蔬菜普遍借助大田粮食作物植保机械融合蔬菜种植农艺特性基础进行改进，设施植保机械仍以背负式电动或油动喷雾设备为主。在现代化玻璃温室中，采用固定式喷淋装备，其施药技术和装备与欧美发达国家相比还存在着显著的差距，特别是用于连栋温室种植环境下的自动化和智能化程度低、缺少与种植工况相匹配的智能精准植保机械。随劳动力成本增加和对蔬菜产品品质和安全的要求提升，众多现代精准智能的装备已经逐步在蔬菜产业中使用。

空中轨道式施药技术及装备

轨道式喷雾机主要分为空中轨道和地面轨道喷雾2种类型，这也是设施农业最为典型的应用之一。空中轨道式施药装备有龙门架式等，主要由移动轨道、电机、升降装置、塔柱、工作臂及其配套的农机具等部分组成。通常有2种结构：搭载施药配套机具，通过轨道和施药机具在有限半径范围内移动，植株可在传送床上移动。该类喷雾机能在一定程度上提高施药自动化水平，并由计算机控制，可有效降低劳动投入、提高工作效率，重要的是能提高施药控制精细化程度；具有可实现人药分离、避免人员中毒等优点，搭载静电施药、变量施药，以及运用基于视觉和雷达的变量等施药技术，达到精准对靶喷施的效果，提高了农药利用率；同时，由于园区上部空间充足，该机械载重能力强，可以进行水肥药管理以及搭载采摘等工作部件。但空中轨道式喷雾系统也存在一定的局限性，对温室结构荷载要求高、投入成本高、施药量大，若遇棚室湿度极增，对管路系统耐压性、喷头防堵性要求更高（10～15 MPa），故其多用于育苗喷灌，且在玻璃温室中应用较多。

◎ 国外

国外学者Malone等[8]设计的固定式温室施药设备（图1-a）可通过传感器等装置，实现施药系统自动控制，减少人为操作，亦可更好地控制施用农药比例，提高施药准确性。Belforte等[9]研发了一种非自主移动的温室施药机器人（图1-b），施药时施药设备固定不动，通过机械臂移动施药装置，通过摄像头获取台架作物位置，提高了靶标性，实现了农药精准对靶喷施。之后，该团队还设计了一款密闭施药装置（图1-c），该装置通过旋臂移动施药作业平台，并且采用柔性涂层将农药与外界环境隔离，能减少农药损失且最大程度地有效隔离人与农药的接触，促进了农药安全精准应用[10]。

图1 国外空中轨道式施药装备

◎ 国内

国内学者陈巧艳[11]利用气流辅助式喷雾技术（图2-a），设计制造了高压液力式喷头，通过孔径或安装位置获得较大雾滴谱，又采用温湿度控制仪自动控制喷头开关，实现农艺要求施药量自动控制。张跃顺[12]设计并研发了行间喷雾机（图2-b），其采用双轨悬挂式喷雾结构、升降喷杆，实现行间和行上喷雾2种模式，能显著提高植株叶片正反两面的雾滴沉积量，使植株冠层中雾滴分布更加均匀，提高病虫害防控能力。李雪等[13-14]设计的固定管道式二相流常温烟雾机系统（图2-c）可提高雾滴沉积分布的均匀度，实现了整个棚内无人施药，极大地提高了人员作业安全性。

图2 国内空中轨道式施药装备

地面轨道式施药技术及装备

地面轨道式喷雾装备主要由电机、控制结构、移动平台、地面有序轨道及配套设备等组成，一般利用设施内结构铺设轨道，融合智能运输平台，有限提高设施施药机械化程度，搭载施药装备沿行间或垂直行行驶，融合风送施药系统、对靶变量喷头等部件实现精准施药，可显著降低人员劳动强度，提高作业效率，但地面铺设轨道占用温室地面资源，不利于温室地面作业。

◎ 国外

国外Sammmons[15]等研制设施轨道式自动施药机器人（图3-a），施药机器人可在轨道上以规划的路径进行作业，喷头排列在直立喷架两侧，对两侧篱架作物进行药剂喷洒，以提高雾滴在作物冠层沉积分布的均匀度。Singh等[16]开发了一款可满足狭窄道路的自动行驶施药机车（图3-b），在车体上安装了自动施药装备，可实现按需自动施药。Xia等[17]研发的机器人（图3-c）可以完成害虫和作物识别，通过摄像头获取作物叶片及病虫害发生位置，通过机械臂将超低容量喷头运动至靶标处进行精准喷洒。Rafiq等[18]利用温室的水管道作为喷雾装备导航线，实现对车辆位置精准控制（图3-d），提高了施药过程中作业精准性，施药覆盖率达92.4%。

图3 国外地面轨道式施药装备

◎ 国内

国内靳伟[19]设计了轨道式多行作业喷雾机，研究分析了3种速度、有无轨道和不平整激励条件下喷杆自由摆动幅度和吊轨偏转角，并选择适宜顶喷数量，以满足不同高度作物的施药需求。袁雪等[20]基于CFD模拟技术建立了温室风送式弥雾机气流速度场分布模型和雾滴沉积模型，根据不同风送气流速度和不同喷头体倾角，得到弥雾机气流速度场分布特性和雾滴沉积规律；根据相应面分析摇摆式变量弥雾机并进行参数优化，建立雾滴变异系统与喷雾流量、距离、行走速度和摇摆速度回归模型，得到最佳作业参数[21]。梅银成等[22]设计自走式弥雾机远程控制系统，采用GSM和单片机，实现手机对弥雾机速度和流量的控制，寻找最佳作业参数，雾滴分布变异系数控制在3%～5%，实现对喷雾流量的精确控制。李进海等[23]设计了适于温室的自动喷雾装置（图4-a），其风机和喷头成30°夹角，以促进喷出药液在出风口二次雾化，且有利于气流将叶片上下翻动，提高药液的附着率和利用率。喻晨[24]以黄瓜霜霉病为研究对象（图4-b），通过计算机视觉获取黄瓜病害信息，诊断系统分析发病情况，根据病情调控施药量以及喷雾时间，达到精准对靶施药作业效果。关旭生[25]研制了一种日光温室行间自动喷药机（图4-c），该机器沿日光温室靠北墙侧运行，底盘装有传感器，在其检测到物体时，其垄间伸缩装置会移动喷药设备，实现自动喷药。

张俊雄等[26]、耿长兴等[27]、曹峥勇等[28]以温室黄瓜霜霉病为喷雾防治对象，结合温室环境和黄瓜种植模式，设计研发了温室移动对靶喷雾系统（图4-d），利用计算机视觉获取以1.2 m×1.2 m区域内叶片病害的颜色和纹理特征进行判别，机械臂带动喷头移动，以0.2 m×0.2 m为靶标单元确定作物病害的感染程度和分布，并进行精准对靶施药，通过PLC驱使三自由度的机械臂移动喷头，以达到精准喷施效果。徐瑞峰等[29]设计了温室果蔬高效风助施药系统（图4-e），在移动平台搭载喷雾装备，沿轨道作业，喷头能在作物高度方向均匀喷施，可在换行时停止工作并移动至下一行进行作业，提高了喷洒的均匀性。吴亚垒等[30]基于STM32F101、4G、超声波靶标检测算法，设计了一款远程智能喷雾控制系统（图4-f），其可对靶标进行间歇性药液管控，并以风送距离参数建立冠层体积模型，实现了人机分离和精准喷施。

白如月[31]设计了基于机器视觉的温室自走式施药机器人（图4-g），其选用模糊PID控制算法，以压力传感器为校准输入量，以PWM不同占空比调整液泵压力，并作为最终输出量，实现了恒压变量施药。李明[32]、陈宝林[33]研制了自主行走的温室弥雾机（图4-h），提出“自主行走式物流车＋姿态可调风送喷雾”的模块化集成方案，可以根据蔬菜种植模式优化喷雾姿态，利用风送将高压静电雾滴输送至作物冠层，提高雾滴沉积，并实现人药分离的全自动施药。

图4 国内地面轨道式施药装备

无轨移动式施药技术及装备

无轨移动式主要在园区地面自由移动，有履带式、轮式、退式、复合式等形式，主要由电机或油机驱动、控制结构、传动机构、导航装置、通信装置、复合底盘等组成，履带式、轮式等主要区别在于和地面的接触面积不同，导致跨越能力不同，自动行动能力强，搭载自动导航系统和高通量传感器实现自主路径规划，但其因无轨道限制，控制系统较复杂，移动速度较慢，机械结构复杂，对地面平整度有一定要求，适合园区较好环境地块作业。

◎ 国外

国外Wand kar等[34]设计了一种用于温室花卉空气辅助喷洒施药机（图5-a），其能提高雾滴穿透性和覆盖均匀性。Sonck[35]开发了一种垂直喷雾系统（图5-b），其中包括自动雾滴生成器和循环风送系统，安装到自主行驶的车辆上，通过控制施药装置和风送装置实现对靶喷雾。Bakker等[36]开发了基于视觉检测的自动驾驶车辆（图5-c），提出智能拼图法，可显著提高图像处理能力，为后期精准施药提供研究基础。Francisco等[37]在轮式设备中安装2个垂直喷杆（图5-d），并利用低成本超声检测控制施药系统，可确定系统激活最小距离，实现精准控制施药作业。

图5 国外无轨移动式施药装备

◎ 国内

国内徐勇[38]设计开发了一种履带式智能施药车（图6-a），其可通过视觉识别判定提供决策模型，智能施药自动导航进行喷施作业，实现篱架型黄瓜精准对靶施药作业。李良等[39-40]有针对性地设计开发了温室轨道风送施药机器人系统（图6-b）。系统采用三菱PLC作为控制核心，通过驱动模块操控移动平台和风送施药系统，改变PWM喷头的占空比来精准调控施药流量，并与流量传感器采集反馈校准，达到自动精准变量施药的目的。Wang等[41]设计一款四轮差分控制的移动机器人（图6-c），通过2组电磁阀控制喷头，调节喷杆方向，达到对靶施药。

贾卫东等[42]设计了一种遥控式温室自适应喷雾机（图6-d），配有无线遥控和自适应系统，通过超声传感器检测车体位置，可自动适应调节距离靶标位置，施药过程中可始终与作物保持近似平行，防止出现重喷和漏喷现象，提高了农药喷施的准确性。王江山[43]设计开发了温室高架环境下草莓的侧倾微风送施药机（图6-e），提出特殊的两侧四行居中倾微风施药方案，提高了作物冠层内以及叶片正反面的沉积均匀性；并建立施药高度、角度、喷幅雾滴沉积模型，为智能自适应施药控制算法提供了依据。颜杰[44]将自动控制技术与对靶施药技术结合，实现远程遥控作业（图6-f），并能根据靶标的有无进行自动对靶施药，可减少农药43.24%～47.06%，大大节省了农药施药量。

王作娟[45]根据自走式施药机械结构和温室大棚结构类型，设计了一种以PLC为控制器、可适应不同施药场景的施药架，其可智能调节施药角度（图6-g），同时应用压力、流量等各类传感器监测反馈机制，实现对农药精准控制。靳文停等[46]设计了一款智能施药机器人（图6-h），其通过自主导航摄像头和传感器控制车辆自主行驶，到达作物位置后由滚珠丝杠和直线电动推杆调整施药位置，获取最佳施药距离并进行作业。徐浩成等[47]设计了智能施药车，可在温室植株行间自主施药（图6-i），通过PID算法调整航线运动控制，并采用超声传感器等安全报警模块，保障施药过程中能自动停止施药，实现了对农药量的精准控制。

图6 国内无轨移动式施药装备

小结

蔬菜生产是农业生产系统的一个重要部分，国外对蔬菜生产系统的研究是一个系统工程，以美国、意大利等国家生产的机械装备为代表，其融合了计算机、无线传感网络等信息技术，使大型蔬菜作业机械的智能化、自动化程度得到大幅度提高。整合自动导航技术、精密控制技术、农田信息采集、专家决策系统等，充分应用了地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、农田遥感监测系统（RS）等精准农业的核心技术，根据电脑处方、施药量精准在线检测，实施精细化田间作业。为适宜大型机械化全程作业，欧美很多农场只生产单一品种蔬菜，生产过程分工精细，要求蔬菜田间作业机具具有大型化、智能化、自动化、通用性、一体化等组合功能[48-49]。设施蔬菜作业空间相对狭窄，机动性能好的智能移动平台搭载喷雾装备进行施药（图7），有利于精准对靶施药技术实施，能进一步提高设施植保作业机械化、智能化、自动化水平。国内外开展了大量研究，如基于图像识别的龙门架式移动平台[50-52]，融合视觉导航和RFID定位技术的轨道式自主移动平台[53-55]，自主规划路线的轮式移动平台[56]，以及人体仿生机器人[57-58]等，这些为智能精准对靶施药提供了必要的作业平台。

图7 智能移动平台搭载喷雾装备进行施药

蔬菜智能化装备主要将通信技术、智能控制技术等相结合，形成具有感知、思考、学习的自主施药的机器人，随着世界新的经济时代的来临，各个国家均加快了向智能化升级的步伐，并提出一系列政策和研究专项，如欧洲提出“工业4.0”，中国也将智能化列为“十四五”重点发展目标，针对园艺设施列出“智能农机专项”“温室智能化精细生产技术与装备研发”等项目。纵观农机发展历程，国内外均要经历机械化、自动化、信息化、智能化、标准化等阶段，但是绝大多数的国家没有全部实现智能化的转变，均是在现有基础上进行机械化、信息化、智能化改造，距离真正意义的智能化仍较远。国外机械化开展较早，蔬菜产业应用智能化水平较高，中国蔬菜机械化水平不足40%，远低于主要粮食作物，目前在设施农业中的植保机械仍以手动或电动背负式喷雾器为主，作业效率低，劳动强度大，传统的大容量喷雾技术进一步增加了温室的湿度，更容易诱发病虫害的发生。常规的施药机具和方法已不能满足无公害和绿色蔬菜的生产要求。为改变目前温室施药机具落后、施药困难的问题，国内出现了一些新型的温室植保机具，如电动背负式风送喷雾器、旋转喷枪、热烟雾机、常温烟雾机、温室轨道式弥雾机、背负式静电喷雾器等。同时研发并改进了许多先进的植保机械，例如，喷杆式喷雾机，风送式喷雾机，基于RTK导航、超声波和机器视觉的自动对靶喷雾机等[59-62]，但由于机具成本和温室内作物行间及地头窄小的作业环境限制，这些先进的施药机具并没有得到大面积的推广应用。为了开启国内蔬菜产业智能化道路，国内需提高机械化和自动化水平，突破智能化实施过程中所需的关键技术，开拓全程多学科融合发展之路。

蔬菜产业智能植保农机装备技术发展中的困境与难点

随着农药污染问题的重视和环保意识的增强，针对蔬菜产业施药问题，越来越多的学者和企业开始重视农药的精准使用，开始了提高蔬菜植保机械智能化、精准化水平的研究。风送对靶施药、基于传感器的精准施药等技术已经应用到蔬菜产业中。虽然我国蔬菜机械化、智能化、精准化已经取得十分显著的进展，但面对现代农业发展需求，其蔬菜产业智能植保农机发展仍有许多困境。

规划引导及推广效力不足

蔬菜生产是现代农业的重要内容，是农民发家致富的重要途径，蔬菜生产病虫害管理是实现蔬菜产业节本增效的重要着力点，信息化、智能化虽投入成本高，但面对劳动力短缺、蔬菜农药残留等问题，精准植保已经成为当今发展的重要方向。有关主管部门在搞好顶层设计、明确总方向、统筹设施和露地蔬菜重点发展领域全局、制定蔬菜智能植保机械化战略规划上仍存在不足；在蔬菜智能植保机械化实际推广过程中仍存在管辖部门多，办事部门少；演示机械多、干活机械少；机械种类多，实际作用小；补贴目录多，支持力度少等不良现象。

蔬菜产业推广应用进展迟缓

智能植保机械虽可减少劳动力成本、提高施药效率，但其成本高、应用局限性大，仍多集中于投入较高、市场效益较好的园区企业、试验站，针对相对偏远地区应用极少，绝大多数的地区基本使用智能化程度较低的小型植保装备；并且多数智能植保装备为样机阶段，并未在行业中进行推广，其适用性低、维护成本高，且研发单位多为科研性质，推广规模小、经验不足，导致植保机具应用商业化水平低。

学科间协同创新机制欠缺

蔬菜植保智能化是一项系统性工程，需要农艺技术、农机制造、设施技术、智能控制等多学科和部门协同攻关，特别是智能化植保机械，不只是需要机械水平和农药应用技术，更需要将电子信息化、农艺与农机相融合，但目前缺乏多学科之间合作，往往在本领域进行单项技术研究，造成综合集成技术少，农机与农艺不匹配、产学研推用脱节，严重影响智能化植保机械的推广，造成单项技术难以适应规模化新型蔬菜生产经营主体的局面。

蔬菜智能植保机械应用基础差

蔬菜生产机械化是机械智能化的基础，而机械化离不开设施的标准化和农艺的规范化。设施结构不规范、蔬菜农艺多样，导致产业规模化差、生产标准随意，注重农艺措施，轻视机械措施，且在蔬菜园区建设、结构优化、作业标准中忽视机械作业的可操作性，导致农机制造企业开发机械设备难度提高，农机批量化生产制造成本高，难以大规模推广应用；农艺农机脱节，农机配套难；这些都严重制约着智能植保机械的应用与发展。

蔬菜智能植保机械关键技术被卡脖子

近年来，我国智能农机保有量有所增加，高端研究示范型、低端应用型农机居多。高端产品的传感器等关键部件主要依靠进口，导致生产成本高，关键性技术难以突破；而低端产品出现模仿、低效竞争，开发企业利益因得不到法律保障而难以维持。智能农机在我国尚未形成大规模应用，缺乏成套化、标准化；因此，企业维护成本高，同时没有针对智能设备的额外补贴，企业生产经营难以维持，缺乏技术和资金研发适合蔬菜智能植保机械的关键零部件。

农机经营主体对蔬菜智能植保机械态度消极

蔬菜智能植保机械在市场推广中受国家补贴政策影响较大，因智能农机设备属非通用型装备，针对智能农机没有特殊补贴，导致经销商兴趣不高；且智能农机较传统机械维修保养难度大，用户没有相应的技术储备，产品使用体验感差而不能有效推广使用。

小结

农机智能化是农业智能化的关键，我国农机尤其是植保农机正在走向数字化、精准化、高效化和科学化轨道，路途上面临着规划引导及推广力不足、蔬菜植保机械应用率低、农机农艺缺乏融合等挑战，但搭载信息感知技术、传感器、互联网和智能控制技术的植保农机装备潜力较大。

蔬菜施药农机装备发展趋势

随着物联网、大数据、5G、人工智能、无人驾驶等技术的兴起，信息产业革命使新技术、新装备与农业产业的融合不断加深，未来蔬菜产业被赋予了丰富的内涵，同时也将迎来深刻的发展变革。由于蔬菜产业特别是设施蔬菜工作场景处于非结构化，作业对象颜色、形态、背景复杂性高，作业空间和机械运动轨迹规划多变，给精准对靶施药机器人作业带来很大困难，但国内外针对蔬菜智能精准对靶农业机器人的研究从未停止，从智能感知、控制、决策、作业、管控技术应用到政府引导推广、企业产品开发升级等方面继续深入推进，呈现如下趋势。

智能化装备将加快推广应用

蔬菜是日常生活必不可少的食物，随着人口红利逐步消退，人口数量持续减少，劳动成本增加，间接地促进了省时、省力的智能化蔬菜植保装备的大力发展。当今时代，互联网、物联网在全球产业化布局下发展加快，智能手机、无线传输设备等终端设备被广泛应用，4G、5G网络不断成熟，基于以上先进技术的智能化植保设备将实现跨越式发展，亦可为菜农带来显著的经济效益，展现出巨大潜力，这将极大地激发蔬菜种植者对病虫害智能管理的热情，进一步加快智慧农业、人工智能等技术融合，促进蔬菜施药精准化、智能化，为打造蔬菜智能植保提供重要的技术支撑。

人工智能等新技术革命加快应用

人工智能以及各类传感器技术、高通量植物表型测量技术快速发展，并利用基因学、分子生物学、农药遥感、建模分析等技术，对作物基因—表型—环境进行有机调控，一系列具有人工智能的装备和产品逐步应用到现代蔬菜产业中，可通过智能监控、数据采集、远程传输、智能分析和自动化控制实现农业生产过程全程监控与管理，构建蔬菜全产业链自动化应用体系，实现全程智能管理，可极大提高蔬菜生产效率和产品品质。

注重蔬菜产品安全，推动农药精准使用

蔬菜药肥用量大、周期长，极易因过量施药造成农药残留，而流失到土壤的农药对下茬作物健康生产造成影响，严重影响人类赖以生存的环境。随着人们对食品安全的不断关注，低残留、绿色、健康的蔬菜成为人们选购的焦点，迫使菜农提高施药的精量化，而单靠经验难以实现农药精准控制；因此，智能精准的蔬菜施药装备成为蔬菜绿色发展的重要趋势，推动智能低量施药、对靶施药技术在新型蔬菜植保机械中的应用。

蔬菜植保配套机具专业化、智能化、成套化

受“重粮食，轻蔬菜；重农艺，轻装备；重设施，轻机具”等种植思想的影响，蔬菜生产专用平台、精准施药等关键技术研发投入少，在病虫害管理等环节机械不配套、效率低、施药质量差等问题突出。随着农艺措施标准化的推进，将加快蔬菜园区的宜机化改造，开发适合蔬菜生产的专用多功能平台，以适应蔬菜智能施药装备作业，促进农机、农艺融合；同时，推进系统集成智能化设备并用于生产，即将施药、采摘、施肥等集成到通用平台，实现配套机具的成套化、专业化、智能化。

精准对靶施药技术加快应用

设施中作物冠层高大密集，叶片相互遮蔽，雾滴很难穿透冠层而沉积到行间，蔬菜种植模式和冠层特征导致病虫害发病重、繁殖快、“打不透、杀不掉”的现象普遍存在；因此，针对不同蔬菜冠层特征，利用变量风送技术、静电喷雾技术、基于传感器的对靶施药技术成为未来蔬菜产业病虫害防治标准配置，对减少农药使用量、农药残留，保证食品安全具有重要意义。

蔬菜智能精准植保机器人创新

随着中国城市化进程的加快，劳动力短缺加剧，施药过程人员安全更加受到重视，造成在蔬菜病虫害防治高峰期，难以找到作业工人，促使种植者使用代替人类工作的智能施药装备。需求促进科学技术进步和产业升级，刺激企业加大对蔬菜智能植保机械研究；同时，企业在寻找新的市场机遇，加快蔬菜自主智能植保机器人开发，以实现植保作业人机分离、人药分离为目标，利用各类传感器实现蔬菜施药机器人自主规划路径，根据作物冠层特点和病虫害发生特征，有针对性地研发智能精准对靶施药装备，最终实现蔬菜施药无人化、精准化作业。