无人机低空施药技术的研究现状与展望

郑　红

（沈阳市水利规划院辽宁沈阳110015）

无人机低空施药技术的研究现状与展望

郑红

（沈阳市水利规划院辽宁沈阳110015）

本文在介绍无人机低空施药技术特点及其国内外研究现状基础上，分析了在中国发展无人机低空施药技术的必要性，同时就该技术在中国的进一步推广应用提出建议，这在一定程度上对提高农业资源利用率，降低农业生产所造成的环境污染，促进我国农业现代化可持续发展具有一定的指导意义。

绿色有机农业；无人机；低空施药；可持续发展

在科技不断发展的大形势下，发展绿色有机农业，促进农业的可持续发展逐渐成为人们的追求，然而病虫害是严重制约其发展的重要因素之一［1］。农业病虫害的防治是农业生产中不可或缺的作业环节，然而当前中国农业生产过程中，药物喷洒的机械化程度偏低，使得农药用量越来越大，作业成本高，在无法保证作物产量和质量同时，造成水分和农药的严重浪费，降低了农业资源的利用效率，还带来了严重的水土环境污染和生态系统失衡等问题，这与现代化农业的可持续发展明显不相匹配。因此，作为一种新型的、促进农业现代化进程的农业手段，无人机技术逐渐成为当前我国农业健康可持续发展的迫切需求。无人机低空施药技术是利用无人机为飞行器搭载农药喷雾设备，结合遥感系统对农作物进行低空低量施药，实现精准化作业，为现代化绿色生态农业的可持续发展提供技术支持［2］。

1　无人机低空施药技术的研究现状

1.1国外无人机低空施药技术的研究现状

无人机是利用无线电遥控设备和自备程序控制装置的不载人飞机，其研究已有近百年历史。美国是目前农用无人机航空作业最发达的国家，其无人机施药作业规范，施药部件系列齐全，作业精准、高效，对环境的污染低［3］。1912年，加拿大开始将飞机作为大田作物、果园等喷洒农药辅助工具。俄罗斯地广人稀，航空作业规模庞大，航空作业面积占其全部耕地面积的三分之一以上。日本经过三十多年的发展，其农用植保无人机及其配套施药技术发展逐渐趋于成熟［4］。韩国于2003年开始引入无人及航空作业技术，且发展迅速，病虫害防治效果较好［5］。

1.2国内无人机低空施药技术的研究现状

我国无人机发展虽起步较晚，但近年来其在农业生产中的推广应用日趋广泛。山西省农机推广总站利用无人机对晚期大田玉米进行了喷洒作业试验研究，表明无人机作业效率较高，每1min达0.067hm2以上，其雾化及穿透效果也比较好［6］。内蒙古河套灌区管理总局和西北农林科技大学用固定翼无人机和多旋翼无人机，分别对两个实验区土壤水分和作物水进行双机航拍并获取航拍照片，结果表明无人机单次飞行覆盖范围达万亩，拓宽了灌区自动化监测的领域和方向，取得了预期监测成果。2011年辽宁环境与航空应用工程中心，通过无人机遥感系统对辽河流域现状进行航拍和遥感监测，发现其影像分辨率为0.1 m，监测数据精确［7］。梁志鑫等［8］针对生产建设项目水土流失的问题，提出利用无人机遥感结合现有监测技术的水土保持监测新方法。高圆圆等［9］通过小型无人机低空喷药对小麦吸浆虫的防治效果试验研究发现，小型无人机喷药对于吸浆虫具有较为显著的防治效果。薛新宇等［10］采用N-3型无人直升机对稻飞虱和稻纵卷叶螟进行了飞机不同作业高度和不同喷洒浓度的田间药效试验，结果表明飞机喷洒优于传统担架式喷雾机喷洒防治效果。徐兴等［11］通过PWM技术，在无人机机体上设计了一种机载农药变量喷洒系统，通过调节占空比控制农药喷洒流量。

以上研究表明，我国农用无人机的发展虽已取得一定成果，但在无人机喷洒技术及其使用规模上仍与国外发达国家存在一定差距。

2　无人机低空施药技术的特点

目前，农业生产因受地形地貌及农作物种类等因素的影响，农田作业时很难引入大型机械进行农田灌溉与农药喷洒。无人机因其独特的技术特点，逐渐成为农业生产尤其农药喷洒作业的新型工具。

2.1高效安全，劳动强度小

无人机作业是由操控人员远距离遥控作业，无需专业的飞行员，因此可以大大降低作业成本；同时这种远距离作业模式也避免了喷洒作业人员和农药的长期接触，有效减少了农药对其身体的化学伤害，更大程度上保证了作业人员的安全。

无人机飞行速度快，每架无人机每天的喷洒面积约300亩～500亩，与传统作业方式相比，其作业效率最高可达100倍以上，无人机重量轻，便于携带，操作人员在田埂上操作，无需下田，劳动投入少，劳动强度小，也不会损坏农作物［12］。

2.2作业范围广，环保性能好

无人机因其机动性好，且可灵活调整飞行速度、喷洒高度等优势，利用无人机进行低空施药作业时不受作业对象和地形地貌条件的影响，尤其在丘陵山区、连片梯田等特殊地区，展现出传统作业模式无法达到的作业效果，因此无人机低空施药技术在现代化农业发展中有着不可替代的作用。

无人机低空施药时，药液被很好地雾化，均匀附着在农作物茎叶表面，且与遥感技术相结合作业，还可有效减少重喷和漏喷，提高了农药的喷洒均匀度，减少农药和水资源的浪费，保证喷洒农药的适量性，不仅提高了农药的喷洒效率，还大大减少了农药对环境造成的污染，具有很好的环保特性［13］。

2.3覆盖密度高，防治效果好

农用无人机大多为螺旋机翼，喷洒农药时，受其工作原理及低空作业的影响，其桨叶旋转带动农作物摇晃，使得农药能够均匀的喷洒到茎叶背面，达到杀灭病虫害的效果。由此可见，利用无人机喷洒农药不仅可以提高单位面积上喷雾药液的覆盖密度和喷洒均匀性，还在一定程度上减少了农药的飘失程度，这是目前使用人工和其他喷洒设备所无法做到的。因此与传统农药喷洒方式相比，利用无人机喷洒农药具有十分明显的农作物病虫害防治效果。2.4节水节药，农业生产成本

受地形地貌及农作物种类影响，农业作业的难易程度不尽相同，这将直接影响农业生产的成本。利用无人机喷洒农药时，可以遥控改变其飞行高度，以适应不同作物高度和地形地貌的变化，在喷洒充足的前提下，喷洒成本可控制在每亩20元以下，这大大减少了农作物的变地隙成本。此外，无人机折旧率低，油耗量小，易于维修，且需要的作业人工成本较低，对于降低整个农业生产的成本有着显著影响［14］。

国内外大量研究表明，利用无人机进行农药喷洒，可以实现低量喷雾，节省90%的水量和50%的农药，大大提高农药的利用效率。因此，无人机在农业生产中的广泛应用，对于缓解水资源紧缺，降低资源浪费影响显著。

3　我国无人机低空施药技术的发展趋势

3.1进一步提高施药技术的精准性

随着农业信息化程度的不断加大，遥感技术已逐渐成为精准话农业生产作业的重要手段，在农情监测中发挥着巨大作用，而作为获取遥感数据的新型手段，无人机遥感技术在现代化农业中的应用日趋广泛。利用无人机遥感技术分析农田土壤及作物状况，对预估农田病虫害程度，并及时指定和采取合理的施药方案，实现更加精准的农药喷洒效果是发展现代化生态农业的重要手段。

3.2优化无人机性能，简化操控技术

随着无人机技术的不断发展，无人机低空施药技术在我国受到越来越多的务农人员的青睐，但是专业的无人机操控技术成为抑制无人机推广应用的主要因素之一。中国农科院专家袁会珠指出，要利用好无人机这一新兴技术，除了要优化无人机性能外，还要进一步进行技术革新，简化无人机专业操控技术，以便于适应于大众农民。

3.3规范无人机市场，增强售后维修服务

目前，无人机的发展渐趋成熟，但其在我国大范围的推广应用现状并不乐观，主要原因之一即是其高昂的价格。据了解，市场上一台植保无人机价格大多在20至60万元，使得广大农业经营者望而却步。虽然部分无人机型价格降到了15万以下，但是由于缺乏健全的行业标准和市场体系，以及充足的技术培训及维修等服务，无人机普及推广受到很大程度的阻碍。因此降低无人机生产成本，完善无人机经济市场对于进一步扩大无人机低空施药技术在我国的推广应用至关重要。

4　结语

农用无人机的发展适应了农业现代化需求，无人机低空施药作为一种新型的有效防治病虫害的手段，即是解决农业劳动力不足的需要，也是发展专业化防治的需要。虽然我国的无人机低空施药技术还处于起步阶段，但是随着资金和科技力量的投入，以及无人机技术性能的不断优化和经济市场的不断完善和系统化，无人机低空施药技术在我国的推广应用指日可待，同时我国病虫害的防治效率也会大幅提高。不仅如此，应用无人机低空施药技术对提高中国农作物病虫害防治机械化水平和农业资源的利用率，缓解农村劳动力短缺，促进现代化绿色生态农业的可持续发展具有十分重要的意义。陕西水利

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［2］陈天华，卢思翰.基于DSP的小型农用无人机导航控制系统设计［J］.农业工程学报，2012，28（21）：164-169.

［3］薛新宇，兰玉彬.美国农业航空技术现状和发展趋势分析［J］.农业机械学报，2013，44（5）：194-201

［4］朱兖植.小型农用无人直升机飞行控制技术研究［D］.南京：南京航空航天大学，2013.

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［6］薛平.山西省无人机植保技术的应用与推广［J］.农业技术与装备，2014（11）:25-27.

［7］靳雷，刘洋，张硕，等.无人机遥感系统在某河流域环境监测项目中的应用［J］.环境监测，2013（8）：55-57.

［8］梁志鑫，卢宝鹏，张焘.无人机技术在生产建设项目水土保持监测中的应用［J］.吉林农业（学术版），2010（9）：137-137.

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（责任编辑：畅妮）

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