多旋翼无人机在农业植保中的应用及发展趋势

李传永 韩鑫

随着无人机更加民用化，多旋翼无人机技术的发展成为农业植保领域的一个重要研究方向。目前多旋翼无人机已经被广泛应用于各个领域，尤其是农业植保作业，相比传统的农业植保机械具有显著的优势。

一、传统农业植保的局限性

传统农业植保主要依赖于人工操作，包括手工施肥、手工喷药和手工除草。这些作业模式在过去长时间内一直是主流，但随着农业规模的不断扩大和现代农业技术的发展，传统农业植保方式逐渐暴露出一系列问题。

（一）低效率和高成本

传统农业植保依赖人力操作，劳动力成本高，效率低下。大面积农田作业周期长，显著制约了生产效益的提升。

（二）受天气和环境条件限制

人工操作容易受到天气、地形等自然条件的制约，例如在恶劣天气下难以进行作业，导致施肥、喷药等工作无法按时完成。

（三）施药不均匀

由于人工操作的限制，施肥和喷药过程中难以实现均匀覆盖，可能导致部分农田受到过度或不足的施药，影响作物的生长发育。

（四）资源浪费和环境污染

传统农业植保中常使用的化肥和农药在施用过程中存在浪费，同时可能导致土壤和水源的污染，对生态环境造成负面影响。

（五）难以满足现代农业需求

随着农业生产方式的变革和农田规模的扩大，传统农业植保方式已经难以满足现代农业对高效、精准、可持续发展的需求。

二、多旋翼无人机在农业植保中的应用

（一）作物巡查与监测

多旋翼无人机通过搭载高分辨率的多光谱和红外相机，实现了对农田的全面巡查与监测[1]。通过拍摄农田图像，无人机可以识别植被指数、土壤湿度等关键指标，帮助农民了解作物生长状态、水分状况，及时掌握农田的健康状况。

（二）病虫害监测与早期预警

多旋翼无人机搭载红外像机和高精度传感器，能够及时发现农田中的病虫害问题。通过机载摄像头捕捉作物表面的异常情况，利用图像识别技术进行病虫害分类和定量分析，为农民提供早期预警和精准施药的依据。

（三）精准施药与施肥

多旋翼无人机在农业植保中的关键应用是精准施药和施肥。无人机配备智能控制系统，根据作物需求和农田实际情况，实现定点、定量、定时的施药和施肥，减少了农药和肥料的浪费，提高了施用效果。

（四）农田水土保持与灌溉管理

多旋翼无人机通过搭载各类传感器，能够监测农田的土壤湿度、植被覆盖情况等信息，为水土保持和灌溉管理提供科学依据。通过智能算法分析数据，帮助农民合理制定灌溉计划，提高水资源利用效率[2]。在以色列等水资源紧缺的地区，研究者通过多旋翼无人机监测土壤湿度和植被状态，结合气象数据，实现了对农田的精准灌溉管理。这种技术有效地减少了水资源浪费，提高了农田的生产力。

三、存在问题

（一）飞行时间短

多旋翼无人机由于电池容量和能量密度的限制，飞行时间相对较短，一般在20～40min之间。这意味着在大规模农田中的长时间监测和作业需求无人机频繁返回充电，降低了作业效率，增加了农业生产的操作难度。此外，天气条件、作业负载和飞行高度等因素都会对飞行时间产生影响。

（二）承载能力有限

多旋翼无人机由于结构和动力系统的限制，其有效载荷相对有限。这使得无人机在施肥、喷洒农药等作业中每次能携带的物质量有限，需要频繁补给，从而影响了大面积农田的高效作业。

（三）智能化水平待提高

尽管无人机搭载了高分辨率传感器和像机，但在实时数据处理、智能决策方面，仍然有待提高。缺乏强大的处理能力和先进的算法，可能导致数据分析和应用的延迟，降低了在实时作业中的精准性和灵活性。

（四）法规和标准化的不足

农业植保涉及到大规模飞行活动，缺乏统一、完善的法规和标准化体系，导致了行业内的管理混乱和安全风险。对于多旋翼无人机的飞行高度、飞行路线、作业时间等方面的规范不明确，可能导致不同农场或地区的飞行冲突和作业干扰。

（五） 数据隐私和安全问题

多旋翼无人机在农业植保中产生大量的农田和作物数据。然而，如何保障这些数据的隐私性和安全性仍然是一个亟待解决的问题。在数据传输、存储和处理过程中，可能存在黑客攻击、信息泄露等潜在风险，特别是在数据共享的情境下[3]。

（六）初投资成本较高

多旋翼无人机的购置、维护和培训成本相对较高，这对于农户和小农场而言是一个较大的负担[4]。初投资的高成本可能阻碍了广大农业从业者采用该技术，尤其是在农业生产收益相对较低的情况下。

四、发展趋势

（一）技术创新与性能提升。未来多旋翼无人机将通过材料、电池和动力系统的创新，提升飞行时间、承载能力和智能化水平，以更好地适应农业植保的需求。

（二）法规与标准的完善。随着多旋翼无人机在农业中的广泛应用，相关法规和标准将逐步完善，确保无人机的安全运行和合规性。

（三）数据隐私与安全保障。针对数据隐私和安全问题，未来将强化无人机数据的加密传输、隐私保护和安全存储，建立更加健全的数据安全体系。

（四）降低成本和提高性价比。针对成本问题，未来多旋翼无人机技术将朝着更经济实用的方向发展，提高性价比，降低农民和企业的使用门槛。

（五）行业协同和生态建设。多领域的协同发展将成为趋势，农机、农药企业与技术提供商合作，构建完善的农业植保生态系统，实现技术、资源、数据的共享与互通。

参考文献：

[1]陈杨.基于无人机遥感开发平台的草莓生长状况快速监测研究[D].浙江大学，2020.

[2]籍延宝，姚鑫锋，袁涛，等.浅谈智慧农业[J].上海农业科技，2019（05）：138-139.

[3]叶茜.大数据时代信贷风险控制研究[D].江西财经大学，2017.

[4]贾宜霖.多旋翼无人机果园植保作业规划及服务系统研发[D].山东农业大学，2022.

（作者单位：山东理工大学农业工程与食品科学学院）