植保无人机的应用与发展前景

王家辉 王国宾 张同升 刘俪恋 谷昊政

植保无人机具有精确定位、高效作业、喷洒效果好、省药省水污染小、操控人员安全系数高等优点。该机在田间作业之前，可以通过遥控器进行RTK定位确定作业的地块来实现喷洒作业。作为一个大型的机器，它可以安装不同的设备来进行生产作业。在作业过程中，影像设备作为无人机的第一视角可以及时地了解田间的信息，弥补了通过其他手段导致获取影像的不清晰或者无法获取影像的缺点[1]。在国外的发达国家，由于研发时间早，科技水平高，有关应用在植物保护方面的航空施药技术发展迅速，尤其美国和日本在植保无人机施药技术方面发展得最好。

一、植保无人机的作业优势

（一）安全系数高

传统的手动背负式喷雾机施药技术与植保无人机施药技术相比存在农药利用率低、压苗、毁苗、施药均匀性差，并且很容易对农作物以及土壤产生污染，使得农作物的产量降低，农民使用手动背负式喷雾机作业时往往不会佩戴防护措施，直接暴露在充斥农药的环境之中，从而导致农药中毒威胁人身财产安全。植保无人机与传统的施药工具相比，大大降低了作业人员的中毒风险，在当前的施药技术中处于领先地位，为农业的可持续发展提供了强有力的支持。

（二）作业效率高

植保无人机与传统的施药工具相比，其优点在于：作业效率高、节约资源、适应于各种地形。植保无人机日均作业面积高达350亩，是人工施药的30倍。在施药作业时，施药人员只需要在遥控器上输入适合飞行的参数，就能够实现自动飞行，从而达到病虫草害的防治效果，大大节省了人力成本。尽管植保无人机施药技术与传统手动背负式喷雾机施药技术大大减少了农药的浪费以及对于环境的污染，但是对于农作物以及农田的污染依然存在。因此，国家应进一步加强对植保无人机施药技术的研发和改进，从作业效率化、作业安全化、精准喷施化、节水节药以及作业环保等方面入手，进一步研究航空施药技术。[1]

（三）植保无人机防治效果好

近年来，随着植保施药技术的迅速发展，植保机械喷施农药逐渐成为农业防治病虫害领域的重要手段。雾滴漂移运动的发生在大气中是无法避免的。药液雾化后产生的雾滴越小、质量越轻越容易受到大气影响进而发生漂移。所以一旦雾滴发生漂移，就会导致大部分农药药液资源浪费。植保无人机具有低空施药的特点，其喷头保证了药液雾化[2]。在施药过程中，旋翼形成的风场有利于雾滴向下达到靶标区域，增强了药液在靶标区域的覆盖率与覆盖面积，药液可以很好地穿透农作物冠层从而达到作业目的，还能进一步减少雾滴污染。

二、植保无人机研究现状

（一）国外发展现状

美国因地形地貌优越，平原广阔有利于农业发展，其农业可耕种面积达到世界可耕种面积的10%左右，玉米、小麦为主要的粮食作物，其产量均为世界第一。农业航空在美国已发展100多年，1918年间，美国各州爆发了牧草害虫，大型固定翼飞机首次作为植保机械，在高空喷洒农药消灭了牧草害虫，这次施药取得了优异的防治成绩，农药航空施药进入了新时代。日本与美国的农业生产环境差异较大，人均可耕种面积较少，国内的地形地貌较为复杂。主要生产的粮食作物为水稻，农业生产经营规模较小，水稻的种植面积达到1692hm2，均以小田为主[3]。因地形限制等原因使得大型固定翼飞机并不适合在日本的农业环境中作业。因此，不受地理地形限制的小型无人机，或者与植物保护有关的轻型植物保护直升机，这两类飞机因轻便并且施药作业效率高、飞机尺寸小、操作方便、农药喷洒均匀等优点，近年来很快占据了日本的农业市场。植保无人机正式被欧盟无人机管理协会纳入农业航空系统。在亚洲，韩国紧跟在日本之后，也是应用植保无人机较早的国家，韩国农户对植保无人机的认可度很高。但韩国的植保无人机主要依赖进口，并且90%的植保无人机都进口自中国。

（二）我国植保无人机发展现状

我国的可耕种面积约为1.28×108hm2，病虫害每年发生的面积超过4.67×108hm2，造成十分恶劣的后果，防治面积约为5.67×108hm2，每年所需的农药为3×105t。中国植保无人机从2005年开始依据科技部863计划、农业农村部南京农机化所等开始无人机植保的研究和推广，2007年我国第一架工程型植保无人直升机开始产业化探索。2014年起，随着国家政策的推动，植保无人机出现蓬勃发展态势。目前从业企业约300家，但产品可稳定使用企业仅十余家。2015年12月，大疆公司推出MG-1植保无人机，经此大疆公司正式进军研发植保无人机的行列。大疆MG-1植保无人机具有先进的连续波雷达和智能飞控系统，不仅可以保障喷洒农药的均匀性，节水节药、提高作业效率，还可以自动保证与作物之间合理的距离。2021年中国植保无人机市场规模达116.34亿元，同比增长27.44%。预计2022年将达131.22亿元，2023年将达150亿元。

三、植保无人机发展前景

（一）制订相关扶持政策

植保无人机的进一步发展，需要政府等有关部门出台相关政策给予扶持，如投入科研经费、提供科研场所等。对植保无人机的智能化、续航、喷头、稳定性等重要技术进行研发改进。为此，各大高校和企业应该充分发挥自己的优势，结合智慧农业的需求，推出作业效率更高、更安全、智能化更高的植保无人机，同时对制造无人机的成本进行合理控制，出售的价格应该更加合理。在针对无人机改进的过程中共同制定各项标准规则并重视相关检测和试验步骤。

（二）加速更新换代

针对植保无人机在应用过程所面临的一系列问题，如作业效率低、续航时间短、操作不便等。为了解决上述等一系列的问题，就需要不断地对植保无人机技术进行更新迭代，以更好地解决无人机出现的各种维护、续航、操作等一系列问题。技术人员应当及时地将作业过程中的问题反馈给企业。购买者也应该及时地掌握企业更新迭代的新技术和维护技巧，将使用无人机时出现的新问题和不足反馈给厂家。在此过程中，生产厂家和购买者之间的信息交流，可以对植保无人机的发展提供创新能力。

（三）研发植保无人机助剂

植保无人机作业过程中，导致喷洒出的药液出现飘移的运动有很多，其中雾滴特性和气象条件是最影响雾滴飘移。风速和风向影响雾滴沉积。气温较高会导致雾滴飘移时蒸发;植保无人机在施药时使用的农药应当具有抗飘移效果，否则，当药液到达靶标区域时被气象条件影响从而不能实现药液的最佳效果。针对此类问题，可以在药箱中加入适量的农药助剂，改变农药原本的理化性状，使植保无人机在施药中出现的蒸发过快、农作物难以吸收的问题得以改善。各大企业应当合作对抗漂移、抗蒸发、容易吸收的农药助剂进行研发。

参考文献：

[1]贡常委，马钰，杨锐，阮彦伟，王学贵，刘越.喷嘴类型对植保无人飞机喷雾性能的影响[J].中国农业科学， 2020， 53（12）： 2385-2398.

[2]李欣璐，殷敏琪.植保无人机在精准农业中雾滴飘移影响因素分析[J].现代农业装备，2022，43（02）：37-42.

[3]张菡. 植保无人机变量喷药系统研制[D].山东农业大学，2018.

（作者单位：山东理工大学农业工程与食品科学学院）