植保无人机施药技术在大田作物生产中的应用

普照，倪润，黄晓芳，李君，李林科

摘要：我国是农业大国，农作物种植过程中会因为病虫害等因素发生病变，降低作物产出的质量和产量，强化病虫害的防治技术成为当下农业中研究的主要课题。植保无人机的出现提高了农作物生产中施药的效率，在病虫害防治工作中起到了极明显的作用。下述内容主要论述植保无人机施药技术在大田农作物生产中的特征，从优势以及缺陷两个方面阐述，并对该项技术以及应用进行分析，望为强化大田农作物产量提供帮助。

关键词：植保无人机;施药技术;大田作物生产

1 前言

植物保护工作是提高农作物产量、保证农作物质量的基础，和我国粮食安全、生态稳定以及发展有密切关联。在我国农业生产规模不断壮大、扩展的过程中，有关植保工作的要求与标准也越来越严格，喷洒农药是农作物种植中使用次数最高、最简便的方式，可以起到病虫害防治的作用，但传统的农药喷洒多为人工操作，效率无法保证，若操作不当还会对操作人员造成生命威胁。植保无人机施药技术的出现，改善了这一局面，在强化喷洒效率的同时，也可以快速适应作业环境，提高农药的使用效率。由此可以看出，该项技术是保证我国粮食以及食品安全的关键，也是农业科技的一次重要突破，更是我国农业进步发展的主要体现。

2 植保无人机的内涵以及使用原则

2.1 植保无人机的内涵

植保无人机又被称作无人飞行器，由多项功能组合而成，其中包括飞行平台、导航飞空以及喷洒机构等。工作原理主要为，通过人为操控的方式在地面开展遥控或是自动导航农作物喷洒工作，例如喷洒种子、农药等。该项技术多用于农业领域以及林业保护领域，与传统人工病虫害防治方式相比，该项技术具有尺寸小、效率高、成本低、用药省等优势。

根据相关数据调查报告来看，当下我国农业植保无人机的发展体系还有待进一步完善，但近些年植保无人机的使用次数、作业面积幅度不断提升，这表明其对于农业的作用价值颇为显著。当下我国植保无人机技术以及产品性能质量不一，可以单独完成高强度以及大面积喷洒作业的植保无人机数量少之又少。

2.2 植保无人机的使用原则

首先，绿色防控专业化统防统治原则。该项原则的核心宗旨为“服务农民以及农业生产”，以“公共植保、绿色植保、科学植保”的理念以及预防为主要内容，践行综合防治的植保方针以及政府支持、市场运作、种植人员自愿、循序渐进的原则，并以防治病虫作业专业化服务的农业经营主体为主要依托，围绕农作物病虫害的绿色防治工作，打造专业、绿色防控防治工作示范基地，严格遵循安全、有效、生态环保的标准要求，开展不同生态区、不同农作物、不同靶标的有效安全、便捷易行且经济实用的绿色防控技术模式，在结合病虫害预测结果的基础上，开展农业防治工作，借助生态、绿色的物理防治举措，科学规范的喷洒农作物农药;把“强化防治效果、降低资金人力成本、削减农药使用量、强化生产质量”当做主要目标，开展农作物病虫害防治服务组织工作，不断的开拓服务领域、扩增服务范围，全面性的提高病虫害防控能力的专业水准，达成病虫综合治理，农药减量控害的目标。

其次，应遵循强化农民使用积极性的原则。将农民作为工作开展的出发点，强化植保无人机施药技术的宣传力度，激发农民参与使用的主动性，在其自愿的基础上开展作业，并组织村民集体观摩，进一步强化他们的参与兴趣。以减轻农民资金投入成本、人工投入数量为主要目的，让农民群众切实感受到统防统治工作的价值，以此提高他们参与的积极性。把专业化服务、社会化服务当做植保工作专业化的主要突破点，通过服务带动作用，强化区域专业化服务水准[1]。

3 植保无人机施药关键技术

3.1 变量施药技术

相较于以往的施药技术，该种方式可以依据病虫害的实际状况以及农作物的播种疏密度把控用药量，降低农药过度使用问题发生概率，节省该方面资金投入的同时也能强化整体防治的效果。当下，该项施药系统主要使用脉宽调制技术，利用占空比的调整把控隔膜泵的转速，以此达成调节农药喷洒量的目的。该项技术具有极强的实用性。我国有农业学者曾就脉宽调制技术进行了研究，并设计了变量喷洒施药测量控制系统，可以利用软件的方式远程操控无人机完成施药工作，并调整施药状态以及施药参数。此外，研究学者还就地面站的应用以及多传感融合工作，跟踪了施药的参数以及具体情况，经研究发现，无人机的飞行流量以及速度可以满足植物病蟲害防治的相关要求，同时还能有效减少雾滴沉积量，达成节约成本，强化作业效率的作用[2]。

3.2 避障技术

我国农田环境具有复杂的特性，这一特性也提高了无人机施药的操作难度，同时也给施药的安全性能带来了一定影响，鉴于此，就应强化无人机的自主避障功能。障碍物的形态、分布差异较为明显，在设计避障技术时，应注重其自主识别功能。以激光位移传感器技术为例，该项技术时植保无人机中一项全新的避障检测方式。可以在未知环境下正确检测出前方障碍物的详细角度以及实际距离，还可以对作业环境中出现频率较高的障碍物做出精准判断，辨别其类型，自主完成避障。该项技术具有控制精准度高、安全性能强、稳定可靠等优势，有着极为突出的应用价值[3]。

3.3 雾滴检测技术

该项技术可在雾滴沉积特点的基础上，分析无人机喷洒作业完成的质量。当下使用频率最高的方式为雾滴密度检测法以及50%有效沉积量判断法，在挑选时应结合无人机喷洒雾滴的粒径遴选恰当方式。前者不可用于雾滴重叠中，会有一定概率出现误差现象，鉴于此，再结合雾滴沉积分布特点以及工作效率需求之后，建议选择后者确定有效喷洒幅度。我国研究学者曾提议，可以使用红外线热成像技术开展作用，利用采集到的区域喷洒作业后环境的热差数据，精准把握分布浓度以及范围数据。该种方式具有便捷、无需接触的优势。此外，还可以利用激光雷达反射原理开展雾滴分布测量工作，相较于人工测量，该种方式所得结果误差值极小，且具备扫描时效高、精准度高等优势。

4 植保无人机施药技术应用到大田作物生产中的概述

4.1 植保无人机的主要优点

首先，该种方式具备操作简单，可明显降低人工喷洒作业发生安全隐患问题的概率。人工喷洒是我国传统农药喷洒方式，农民在操作过程中会吸入大量的农药，诱发农药中毒事件，给农民群众的生命安全造成威胁。鉴于此，为了降低该种不良事件的发生率，我国引入了植保无人机替代人工农药喷洒工作，以此完成农作物病虫害预防工作。该项技术具备自重轻、体积小等优势，此外操作简便，不需要学习掌握大量的理论知识，非常适用于农业工作人员。在了解该项技术操作方式时，只需要通过口述讲解以及指导的方式，即可帮助农民群众正确掌握该项技术操作办法，有效弥补了传统人工喷洒的不足之处，为农民群众的生命安全提供了保障[4]。

其次，还可以提高农药的使用效率，避免过多残余农药对土地造成污染。在使用该项技术开展大田农作物喷洒作业时，施药效率显著高于传统设备施药以及人工施药。据相关数据统计，一架植保无人机的施药面积可达10hm2/h，效率为人工施药的80倍，可以有效缩短药物喷洒所需时间。以往人工喷洒会让大量药物滞留在农作物的顶端，该种方式并不能让农药顺利作用到农作物中，甚至残余的农药还会滴入土壤之中，破坏土壤环境。而使用植保无人机施药技术，可以有效避开这些问题，该种技术可以将药物以雾状的方式均匀的喷洒在每一个植物的角落，强化了药物的使用效率，药物会直接作用在农作物上，并不会滴落如土壤中，降低了农药对土壤的破坏概率。

最后，该项技术占地面积小，且施药作业具有高度的灵活性。在开展农作物病虫害防治工作的过程中，使用植保无人机有着极高的价值，其自身体型优势可以避免地形束缚，顺利完成农药喷洒工作，喷洒范围广，可有效提升施药的效率，消灭对农作物有害的害虫，提高农作物的产量以及质量[5]。

4.2 植保无人机的不足之处

植保无人机在我国属于新兴技术，研究使用尚处在起步阶段，虽然发展速度不断加快，但并未真正掌握核心技术，故此，在实践应用中仍存在诸多不足之处。

首先，缺少与植保无人机相匹配的农药。农药是植保无人机作业中的主要材料，故此对其要求标准也较高，农药需要具备雾化、耐蒸发、密度高、附着性能好的优势。但我国植保无人机发展尚不成熟，国内一些农业生产企业还没研制出针对该项技术专用的农药产品，在开展植保无人机喷药作业过程中只能使用普通农药，大大降低了植保能力的运用;其次，缺少和植保无人机技术相关联的规范以及技术标准。这一问题的存在使得农药在喷洒作业中时常会出现喷洒不均匀、量不足、易散落等问题;最后，缺乏完善的操作人员培训系统。我国大部分的植保无人机都是通过人工操控的方式完成农药喷洒作业，一些农民在购入无人机后会因为无法正确操作，影响自主作业的效率。虽然一些厂家会开展技术培训，但农民操作的技术与专业飞手的技能要求仍有一定距离，很容易出现无人機喷洒质量不达标问题。

5 将植保无人机施药技术运用到大田作物中的主要措施

5.1 主管部门应拟定植保无人机统一安全使用的标准

我国民航局针对无人机的规范使用以及健康发展，推出了各项通知规定，并对无人机驾驶员的管理拟定了规范条例。但我国对农药植保无人机的使用规范还不健全，并没有明确限制分型高度、速度、温度以及后期维护等，且缺少统一的安全使用标准。其次，植保无人机的主要作用对象为农作物，主要工作目标为农作物的农药喷洒，但当下有关该项技术专用的药剂开发有待提升，且农药的具体用量缺少明文规定，主要依靠人工喷洒经验以及地面喷洒标准实行。面对这些问题，有关部门应与农村合作社以及植保无人机生产商进行合作，拟定具有针对性、科学性、规范性的作业条例，确保喷洒工作的标准性，避免推广使用过程中出现不必要的问题。

5.2 应尽快研制无人机专用药剂以及施药技术专业标准

植保无人机使用的农药药剂和传统人工喷洒农药药剂不同，缺少专业、相匹配的农药产品，便会使得植保无人机的植保能力无法完全发挥出来。此外，还会影响农作物病虫害的防治效果。鉴于此，相关部门应整理归纳植保无人机的使用特征，创建和其相对应的专用药剂以及施药技术标准，以此达成植保无人机推广使用的目的。

5.3 强化植保无人机操作专业培训力度

针对无人机驾驶操作问题，可以开展无人机驾驶培训工作，以此扩大植保无人机的推广范围，为其发展进步提供便利条件。相关部门可以和农业合作社联手，安排专业技术人员开展植保无人机农户操作培训活动，通过技术指导、操作流程讲解等工作，让农民正确掌握植保无人机的操作方式，强化该项技术的作业效率。此外，也要对无人机操作人员开展定期培训工作，并做好实践检验应技术考核工作，保证技术人员技能操作的规范性、标准性，强化该项技术的安全性能，推动我国农业的发展进步。

5.4 提高研发投入，开展农用植保无人机的升级改造工作

针对上述提到的我国植保无人机缺乏核心技术支持以及发展不成熟问题，相关部门可以在现有无人机的基础上，对植保无人机的飞行平台进行优化改造。在这一过程中，主要资金消耗点在于无人机的作业系统以及智能操作系统，资金消耗数额较大，部门应站在我国农业生产发展的角度考虑，将其纳入我国科研技术发展规划之中，创建专门的科研机构钻研生产，加快其产业化发展速度。

6 植保无人机施药技术未来展望

6.1 强化其移动操作平台的安全性与稳定性

在智能时代中，应不断增加植保无人机中涵盖的智能功能，将其与移动智能端相结合，让其顺应时代发展脚步不断前进。这项技术的开发主要是方便农民群众的操作，使其可以通过手机APP直接操控植保无人机完成上升、悬停、航线规划、导航等工作，这也是对植保无人机避障功能的完善，可以有效提高该项技术的操作性，解决植保无人机精准度无法提升的问题。

6.2 强化载量以及续航时长

承载质量小、续航时间短是当下植保无人机的主要缺陷，使得其无法更好的参与到农作物的农药喷洒作业中。故此，在之后的研发优化过程中，应强化其载量以及续航时长，让其可以推动农业的进步发展。

7 结语

植保无人机在我国大田作业病虫害防治工作中利用自身适应性强、效率高、用药省、成本低等优势进一步提高了农作物农药喷洒的质量和效率，在其不断发展过程中，得到了政府部门、农药生产企业的重视和认可，有着极为广阔的发展空间。但我国该项技术尚处在起步阶段，仍存有一些问题需要我们不断钻研、解决，若想强化植保无人机的作用价值，就应加强其普及率以及使用频率，相关工作部门应提高经济投入占比，扩增其数量，并尽快研制配套农药药剂，培养更多的飞行人员，推动该项技术的推广使用。

参考文献

[1] 王克健，李莉，吕强，等.柑橘园植保无人飞机低容量喷雾技术探索——以柑橘木虱和潜叶蛾防控为例[J].中国农业科学，2020，53（17）：3509-3517.

[2] 许燎原，翟婧，顾国伟，等.宁波地区甬优系列杂交稻病虫害的植保无人机防治技术试验与示范[J]浙江农业科学，2019，60（12）：2257-2259+2263.

[3] 何勇，肖舒裴，方慧，等.植保无人机施药喷嘴的发展现状及其施药决策[J].农业工程学报，2018，34（13）：113-124.

[4] 郑红.无人机低空施药技术的研究现状与展望[J]陕西水利，2016（05）：135-137.

[5] 蒙艳华，周国强，吴春波，等.我国农用植保无人机的应用与推广探讨[J].中国植保导刊，2014，34（S1）：33-39.