无人机在现代农业中的应用

陈万意 谢蓓敏 周 琳 孙英浩

（国网吉林省电力有限公司检修公司 吉林长春 130000）

我国作为农业大国，必须把保证我国现代农业的可持续发展视为工作的重中之重。在农业生产的过程中，采取有效措施防控病虫害和高效施肥等是保证我国粮食安全性的重要手段[1]。

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，它可以完成多项不同的农业任务，如喷洒农药、施肥、农业生产监测和病虫害防治等[2]。作为新型的信息收集载体，无人机引起了各行各业的广泛关注。近年来，随着技术的逐渐成熟和完善，无人机逐渐成了现代农业生产工作中的一种重要新型设备。本论文对无人机的发展史、无人机在国内外农业中的应用，及其在农业中的应用优势和存在的问题进行综述。

1 无人机发展史

无人机的发展经历了多个应用阶段，每个阶段都有相应的具有不同类型功能的旗舰无人机产品，如作战无人机、遥感无人机、植保无人机等[3]。近年来，无人机已逐渐为人们所熟知，并进入了人们的生活。无人机的生产首先用于军事，其基础是战斗机的变体，但它们的价格变得越来越昂贵。后来，它被推广用于民用领域，执行遥感采集监视特定区域中的信息的任务。近年来，随着无人机技术的飞速发展和应用范围的不断扩大，它已被应用到早期的农业领域，并取得了令人瞩目的成就和广阔的应用前景[4]。

国外推广用于农业的无人机仍处于早期尝试阶段，第一批投入使用的是1990年由一家日本公司发明的无人机，用于向田间喷洒杀虫剂以防止害虫损害作物[5]。多年来，它已逐渐发展成熟，并广泛用于预防农田上的虫害和自然灾害。

国外曾采用载人飞机完成了更广阔的农田和森林的农药喷洒工作，但载人飞机喷洒农药的不利之处在于，喷洒范围有限。而无人机可以很好地解决该问题，并且不受地形、尺寸的限制[6]。无人机体积小、灵活、易于操作，可以随时起飞和降落，更适于非平整地面作业，在现代农业中具有很高的价值。我国新时代农民的思想正不断更新，国家越来越提倡使用先进技术，农业中使用无人机在未来有很宽广的发展空间。

无人机成本相对较低，操作方便，数据采集时间短等方面均优于卫星遥感。遥感可用于获取作物信息，如作物生长期、表型信息、范围等信息，为农业监测提供基础。红外图像分析和其他技术可以与无人机结合使用，以执行更准确地监视。通过跟踪，可以获取有关地表和农作物的更全面的信息，以进行后续数据分析和处理。我国还应积极发展低成本、高效率的农药喷洒无人机，并在农业领域广泛推广，尽快消除农药对人们的危害，使人们的人身安全得到保护，提高农民的劳动生产率[7]。

2 无人机在国内外农业中的应用

无人驾驶飞行器研究已近100年，在精密农业领域，作为一种快速和全面的信息收集工具，它得到了广泛推广。1912年，加拿大开始使用飞机作为喷洒农作物和果园的辅助工具。1918年，美国为防止和控制蝗虫使用了第一架航空喷洒农药飞机，尽管美国的无人驾驶飞机覆盖了世界70%以上的地区，但这些飞机主要用于军事目的，很少用于农业。在日本经历三十多年的发展之后，专门用于植物保护的农业无人驾驶飞行器的开发和对喷洒农药的技术支持逐渐成熟，可在短时间内覆盖农作物，并成为世界上广泛使用的农业无人驾驶飞行喷雾器。

近年来，用于农业生产的无人机研究不断进行。在陕西省农业机械指导站使用一架无人机在田间喷洒农药，并对喷洒和渗漏效应进行比较，表明无人机可以有效运作。利用固定翼和多翼无人机两架飞机进行空中拍摄，通过拍摄两个试验区土壤和水的湿度，扩大了对农业区域及其方向的自动监测。研究证实，无人机不仅可以有效地监测信息，而且可以迅速地进行全面跟踪和监测，以评估农田的状况。

3 无人机在农业中的应用优势

当前，农业生产受到作物高度等因素的影响，使得大型机器难以引入并用于农田灌溉、喷洒农药、施肥等。另外，大型机器会使灌溉和农药施用不均匀，影响粮食作物的产量和稳定性。随着科技飞速发展，具有操作简便、效率高和速度快等优点的无人机成为农业生产的新工具。无人机在农业生产中的广泛应用，不仅防止了大型机械对农作物的破坏，确保了农作物的产量，而且解决了农业机械化生产的问题，受到农民的青睐。

3.1 高效、安全、环保

由于其质量小、机动性好，飞行速度和喷洒高度易于调整，所以无人机用于地形复杂的地区的喷洒农药、灌水、施肥。使用无人机喷洒可以提升农药喷洒的均匀性，减少农药和水资源等的浪费。与传统的手工作业相比，它不仅可以确保操作人员的安全，而且可以确保喷洒适量的农药等[11]。另外，由于无人机的运行高度低，因此不易受风等的影响，并且显著减少了农药、化肥等对环境的污染，显示出优异的环境性能。

3.2 覆盖密度高、防治效果好、液体损耗小

与传统的喷洒方法相比，无人机喷洒时刀片的旋转会带动农作物，因此，农药、化肥、水分等可以均匀地分布在茎的背面，使农作物高产。无人机喷洒不仅可以提升单位面积喷洒的液体的覆盖密度和喷洒均匀性，而且可以在一定程度上减少液体损失，这是目前手动和其他喷洒设备无法实现的。

4 无人机在农业中应用存在的问题

4.1 费用高和培训困难

无人机通常分为固定翼和螺旋翼。在农业活动中，无人机要耐热、耐湿和抗腐蚀，有效载荷不少于10 kg，可持续进行高密度飞行。虽然农用无人机的成本低于用于拍摄的飞机，但其电池零部件、机翼等的磨损更大，回收成本的时间更长。无人机的价格高，再加上随后的维修成本，使得农作物成本增加。此外，虽然无人机很容易操作，但仍需要学习后才能使用。无人机技术发展迅速，需要大量的防空人员。防空人员需要进行职业培训，考取无人驾驶航空器驾驶执照，但我国的农村地区大多是老年人，这些因素使得使用无人机更加困难，学习成本增加。

4.2 技术缺陷

（1）更容易受到天气的影响。根据大多数无人机的使用准则，农用无人机使用受到环境气象学等因素的限制。

（2）短期翻新。例如，发动机和电池的关键部件的使用寿命不足，燃油喷射机在市场上的使用寿命在300 h～400 h 之间，而电池充电的周期为200 个，使用成本较高。

（3）有限有效载荷。无人机常规药箱的容量有限，需要在大规模操作过程中填充溶液，如果不准确对接，就有可能发生大量喷洒和泄漏。

（4）表现不稳定。有效控制气雾剂空中流动的问题也尚未得到充分解决。

（5）智力问题尚未改进。高端无人机需要每个功能的独立性和高精度作业，但对于山丘和果园，无人机因为信号屏蔽、规划障碍等问题无法起飞，或在季后出现故障，无人机技术仍需要获得发展。

4.3 传统的农业模式妨碍发展

目前，我国仍处于传统的分权农业模式下，农业生产不成规模，土地面积小，农业需求相对较低，社会组织提供相关服务，因此，购买无人机的需求小。由于土地密集和小规模行动水平低，各地农用无人机市场规模有限。

5 结论

无人机在农业监测、信息收集和植物保护活动方面具有极佳优势，并能大力支持农业现代化。目前，在现代节水农业和使用化肥方面，无人机使用相对较少，需要进一步研究和推广，这在理论上和实践上对增加使用粪肥资源、鼓励现代节水农业和提升农业生产的经济效益至关重要。