陳萬(wàn)意 謝蓓敏 周 琳 孫英浩

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司檢修公司 吉林長(zhǎng)春 130000）

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，必須把保證我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展視為工作的重中之重。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，采取有效措施防控病蟲(chóng)害和高效施肥等是保證我國(guó)糧食安全性的重要手段[1]。

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，它可以完成多項(xiàng)不同的農(nóng)業(yè)任務(wù)，如噴灑農(nóng)藥、施肥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)和病蟲(chóng)害防治等[2]。作為新型的信息收集載體，無(wú)人機(jī)引起了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，隨著技術(shù)的逐漸成熟和完善，無(wú)人機(jī)逐漸成了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作中的一種重要新型設(shè)備。本論文對(duì)無(wú)人機(jī)的發(fā)展史、無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題進(jìn)行綜述。

1 無(wú)人機(jī)發(fā)展史

無(wú)人機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)應(yīng)用階段，每個(gè)階段都有相應(yīng)的具有不同類型功能的旗艦無(wú)人機(jī)產(chǎn)品，如作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)、遙感無(wú)人機(jī)、植保無(wú)人機(jī)等[3]。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)已逐漸為人們所熟知，并進(jìn)入了人們的生活。無(wú)人機(jī)的生產(chǎn)首先用于軍事，其基礎(chǔ)是戰(zhàn)斗機(jī)的變體，但它們的價(jià)格變得越來(lái)越昂貴。后來(lái)，它被推廣用于民用領(lǐng)域，執(zhí)行遙感采集監(jiān)視特定區(qū)域中的信息的任務(wù)。近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，它已被應(yīng)用到早期的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，并取得了令人矚目的成就和廣闊的應(yīng)用前景[4]。

國(guó)外推廣用于農(nóng)業(yè)的無(wú)人機(jī)仍處于早期嘗試階段，第一批投入使用的是1990年由一家日本公司發(fā)明的無(wú)人機(jī)，用于向田間噴灑殺蟲(chóng)劑以防止害蟲(chóng)損害作物[5]。多年來(lái)，它已逐漸發(fā)展成熟，并廣泛用于預(yù)防農(nóng)田上的蟲(chóng)害和自然災(zāi)害。

國(guó)外曾采用載人飛機(jī)完成了更廣闊的農(nóng)田和森林的農(nóng)藥噴灑工作，但載人飛機(jī)噴灑農(nóng)藥的不利之處在于，噴灑范圍有限。而無(wú)人機(jī)可以很好地解決該問(wèn)題，并且不受地形、尺寸的限制[6]。無(wú)人機(jī)體積小、靈活、易于操作，可以隨時(shí)起飛和降落，更適于非平整地面作業(yè)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中具有很高的價(jià)值。我國(guó)新時(shí)代農(nóng)民的思想正不斷更新，國(guó)家越來(lái)越提倡使用先進(jìn)技術(shù)，農(nóng)業(yè)中使用無(wú)人機(jī)在未來(lái)有很寬廣的發(fā)展空間。

無(wú)人機(jī)成本相對(duì)較低，操作方便，數(shù)據(jù)采集時(shí)間短等方面均優(yōu)于衛(wèi)星遙感。遙感可用于獲取作物信息，如作物生長(zhǎng)期、表型信息、范圍等信息，為農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)。紅外圖像分析和其他技術(shù)可以與無(wú)人機(jī)結(jié)合使用，以執(zhí)行更準(zhǔn)確地監(jiān)視。通過(guò)跟蹤，可以獲取有關(guān)地表和農(nóng)作物的更全面的信息，以進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析和處理。我國(guó)還應(yīng)積極發(fā)展低成本、高效率的農(nóng)藥噴灑無(wú)人機(jī)，并在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛推廣，盡快消除農(nóng)藥對(duì)人們的危害，使人們的人身安全得到保護(hù)，提高農(nóng)民的勞動(dòng)生產(chǎn)率[7]。

2 無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

無(wú)人駕駛飛行器研究已近100年，在精密農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，作為一種快速和全面的信息收集工具，它得到了廣泛推廣。1912年，加拿大開(kāi)始使用飛機(jī)作為噴灑農(nóng)作物和果園的輔助工具。1918年，美國(guó)為防止和控制蝗蟲(chóng)使用了第一架航空噴灑農(nóng)藥飛機(jī)，盡管美國(guó)的無(wú)人駕駛飛機(jī)覆蓋了世界70%以上的地區(qū)，但這些飛機(jī)主要用于軍事目的，很少用于農(nóng)業(yè)。在日本經(jīng)歷三十多年的發(fā)展之后，專門用于植物保護(hù)的農(nóng)業(yè)無(wú)人駕駛飛行器的開(kāi)發(fā)和對(duì)噴灑農(nóng)藥的技術(shù)支持逐漸成熟，可在短時(shí)間內(nèi)覆蓋農(nóng)作物，并成為世界上廣泛使用的農(nóng)業(yè)無(wú)人駕駛飛行噴霧器。

近年來(lái)，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的無(wú)人機(jī)研究不斷進(jìn)行。在陜西省農(nóng)業(yè)機(jī)械指導(dǎo)站使用一架無(wú)人機(jī)在田間噴灑農(nóng)藥，并對(duì)噴灑和滲漏效應(yīng)進(jìn)行比較，表明無(wú)人機(jī)可以有效運(yùn)作。利用固定翼和多翼無(wú)人機(jī)兩架飛機(jī)進(jìn)行空中拍攝，通過(guò)拍攝兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)土壤和水的濕度，擴(kuò)大了對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)域及其方向的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。研究證實(shí)，無(wú)人機(jī)不僅可以有效地監(jiān)測(cè)信息，而且可以迅速地進(jìn)行全面跟蹤和監(jiān)測(cè)，以評(píng)估農(nóng)田的狀況。

3 無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到作物高度等因素的影響，使得大型機(jī)器難以引入并用于農(nóng)田灌溉、噴灑農(nóng)藥、施肥等。另外，大型機(jī)器會(huì)使灌溉和農(nóng)藥施用不均勻，影響糧食作物的產(chǎn)量和穩(wěn)定性。隨著科技飛速發(fā)展，具有操作簡(jiǎn)便、效率高和速度快等優(yōu)點(diǎn)的無(wú)人機(jī)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新工具。無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，不僅防止了大型機(jī)械對(duì)農(nóng)作物的破壞，確保了農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且解決了農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的問(wèn)題，受到農(nóng)民的青睞。

3.1 高效、安全、環(huán)保

由于其質(zhì)量小、機(jī)動(dòng)性好，飛行速度和噴灑高度易于調(diào)整，所以無(wú)人機(jī)用于地形復(fù)雜的地區(qū)的噴灑農(nóng)藥、灌水、施肥。使用無(wú)人機(jī)噴灑可以提升農(nóng)藥噴灑的均勻性，減少農(nóng)藥和水資源等的浪費(fèi)。與傳統(tǒng)的手工作業(yè)相比，它不僅可以確保操作人員的安全，而且可以確保噴灑適量的農(nóng)藥等[11]。另外，由于無(wú)人機(jī)的運(yùn)行高度低，因此不易受風(fēng)等的影響，并且顯著減少了農(nóng)藥、化肥等對(duì)環(huán)境的污染，顯示出優(yōu)異的環(huán)境性能。

3.2 覆蓋密度高、防治效果好、液體損耗小

與傳統(tǒng)的噴灑方法相比，無(wú)人機(jī)噴灑時(shí)刀片的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)農(nóng)作物，因此，農(nóng)藥、化肥、水分等可以均勻地分布在莖的背面，使農(nóng)作物高產(chǎn)。無(wú)人機(jī)噴灑不僅可以提升單位面積噴灑的液體的覆蓋密度和噴灑均勻性，而且可以在一定程度上減少液體損失，這是目前手動(dòng)和其他噴灑設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

4 無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用存在的問(wèn)題

4.1 費(fèi)用高和培訓(xùn)困難

無(wú)人機(jī)通常分為固定翼和螺旋翼。在農(nóng)業(yè)活動(dòng)中，無(wú)人機(jī)要耐熱、耐濕和抗腐蝕，有效載荷不少于10 kg，可持續(xù)進(jìn)行高密度飛行。雖然農(nóng)用無(wú)人機(jī)的成本低于用于拍攝的飛機(jī)，但其電池零部件、機(jī)翼等的磨損更大，回收成本的時(shí)間更長(zhǎng)。無(wú)人機(jī)的價(jià)格高，再加上隨后的維修成本，使得農(nóng)作物成本增加。此外，雖然無(wú)人機(jī)很容易操作，但仍需要學(xué)習(xí)后才能使用。無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，需要大量的防空人員。防空人員需要進(jìn)行職業(yè)培訓(xùn)，考取無(wú)人駕駛航空器駕駛執(zhí)照，但我國(guó)的農(nóng)村地區(qū)大多是老年人，這些因素使得使用無(wú)人機(jī)更加困難，學(xué)習(xí)成本增加。

4.2 技術(shù)缺陷

（1）更容易受到天氣的影響。根據(jù)大多數(shù)無(wú)人機(jī)的使用準(zhǔn)則，農(nóng)用無(wú)人機(jī)使用受到環(huán)境氣象學(xué)等因素的限制。

（2）短期翻新。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的關(guān)鍵部件的使用壽命不足，燃油噴射機(jī)在市場(chǎng)上的使用壽命在300 h～400 h 之間，而電池充電的周期為200 個(gè)，使用成本較高。

（3）有限有效載荷。無(wú)人機(jī)常規(guī)藥箱的容量有限，需要在大規(guī)模操作過(guò)程中填充溶液，如果不準(zhǔn)確對(duì)接，就有可能發(fā)生大量噴灑和泄漏。

（4）表現(xiàn)不穩(wěn)定。有效控制氣霧劑空中流動(dòng)的問(wèn)題也尚未得到充分解決。

（5）智力問(wèn)題尚未改進(jìn)。高端無(wú)人機(jī)需要每個(gè)功能的獨(dú)立性和高精度作業(yè)，但對(duì)于山丘和果園，無(wú)人機(jī)因?yàn)樾盘?hào)屏蔽、規(guī)劃障礙等問(wèn)題無(wú)法起飛，或在季后出現(xiàn)故障，無(wú)人機(jī)技術(shù)仍需要獲得發(fā)展。

4.3 傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)模式妨礙發(fā)展

目前，我國(guó)仍處于傳統(tǒng)的分權(quán)農(nóng)業(yè)模式下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不成規(guī)模，土地面積小，農(nóng)業(yè)需求相對(duì)較低，社會(huì)組織提供相關(guān)服務(wù)，因此，購(gòu)買無(wú)人機(jī)的需求小。由于土地密集和小規(guī)模行動(dòng)水平低，各地農(nóng)用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模有限。

5 結(jié)論

無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、信息收集和植物保護(hù)活動(dòng)方面具有極佳優(yōu)勢(shì)，并能大力支持農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。目前，在現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)和使用化肥方面，無(wú)人機(jī)使用相對(duì)較少，需要進(jìn)一步研究和推廣，這在理論上和實(shí)踐上對(duì)增加使用糞肥資源、鼓勵(lì)現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)和提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。