王家輝 王國賓 張同升 劉儷戀 谷昊政

植保無人機(jī)具有精確定位、高效作業(yè)、噴灑效果好、省藥省水污染小、操控人員安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)在田間作業(yè)之前，可以通過遙控器進(jìn)行RTK定位確定作業(yè)的地塊來實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)。作為一個(gè)大型的機(jī)器，它可以安裝不同的設(shè)備來進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。在作業(yè)過程中，影像設(shè)備作為無人機(jī)的第一視角可以及時(shí)地了解田間的信息，彌補(bǔ)了通過其他手段導(dǎo)致獲取影像的不清晰或者無法獲取影像的缺點(diǎn)[1]。在國外的發(fā)達(dá)國家，由于研發(fā)時(shí)間早，科技水平高，有關(guān)應(yīng)用在植物保護(hù)方面的航空施藥技術(shù)發(fā)展迅速，尤其美國和日本在植保無人機(jī)施藥技術(shù)方面發(fā)展得最好。

一、植保無人機(jī)的作業(yè)優(yōu)勢

（一）安全系數(shù)高

傳統(tǒng)的手動(dòng)背負(fù)式噴霧機(jī)施藥技術(shù)與植保無人機(jī)施藥技術(shù)相比存在農(nóng)藥利用率低、壓苗、毀苗、施藥均勻性差，并且很容易對農(nóng)作物以及土壤產(chǎn)生污染，使得農(nóng)作物的產(chǎn)量降低，農(nóng)民使用手動(dòng)背負(fù)式噴霧機(jī)作業(yè)時(shí)往往不會(huì)佩戴防護(hù)措施，直接暴露在充斥農(nóng)藥的環(huán)境之中，從而導(dǎo)致農(nóng)藥中毒威脅人身財(cái)產(chǎn)安全。植保無人機(jī)與傳統(tǒng)的施藥工具相比，大大降低了作業(yè)人員的中毒風(fēng)險(xiǎn)，在當(dāng)前的施藥技術(shù)中處于領(lǐng)先地位，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。

（二）作業(yè)效率高

植保無人機(jī)與傳統(tǒng)的施藥工具相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：作業(yè)效率高、節(jié)約資源、適應(yīng)于各種地形。植保無人機(jī)日均作業(yè)面積高達(dá)350畝，是人工施藥的30倍。在施藥作業(yè)時(shí)，施藥人員只需要在遙控器上輸入適合飛行的參數(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)飛行，從而達(dá)到病蟲草害的防治效果，大大節(jié)省了人力成本。盡管植保無人機(jī)施藥技術(shù)與傳統(tǒng)手動(dòng)背負(fù)式噴霧機(jī)施藥技術(shù)大大減少了農(nóng)藥的浪費(fèi)以及對于環(huán)境的污染，但是對于農(nóng)作物以及農(nóng)田的污染依然存在。因此，國家應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對植保無人機(jī)施藥技術(shù)的研發(fā)和改進(jìn)，從作業(yè)效率化、作業(yè)安全化、精準(zhǔn)噴施化、節(jié)水節(jié)藥以及作業(yè)環(huán)保等方面入手，進(jìn)一步研究航空施藥技術(shù)。[1]

（三）植保無人機(jī)防治效果好

近年來，隨著植保施藥技術(shù)的迅速發(fā)展，植保機(jī)械噴施農(nóng)藥逐漸成為農(nóng)業(yè)防治病蟲害領(lǐng)域的重要手段。霧滴漂移運(yùn)動(dòng)的發(fā)生在大氣中是無法避免的。藥液霧化后產(chǎn)生的霧滴越小、質(zhì)量越輕越容易受到大氣影響進(jìn)而發(fā)生漂移。所以一旦霧滴發(fā)生漂移，就會(huì)導(dǎo)致大部分農(nóng)藥藥液資源浪費(fèi)。植保無人機(jī)具有低空施藥的特點(diǎn)，其噴頭保證了藥液霧化[2]。在施藥過程中，旋翼形成的風(fēng)場有利于霧滴向下達(dá)到靶標(biāo)區(qū)域，增強(qiáng)了藥液在靶標(biāo)區(qū)域的覆蓋率與覆蓋面積，藥液可以很好地穿透農(nóng)作物冠層從而達(dá)到作業(yè)目的，還能進(jìn)一步減少霧滴污染。

二、植保無人機(jī)研究現(xiàn)狀

（一）國外發(fā)展現(xiàn)狀

美國因地形地貌優(yōu)越，平原廣闊有利于農(nóng)業(yè)發(fā)展，其農(nóng)業(yè)可耕種面積達(dá)到世界可耕種面積的10%左右，玉米、小麥為主要的糧食作物，其產(chǎn)量均為世界第一。農(nóng)業(yè)航空在美國已發(fā)展100多年，1918年間，美國各州爆發(fā)了牧草害蟲，大型固定翼飛機(jī)首次作為植保機(jī)械，在高空噴灑農(nóng)藥消滅了牧草害蟲，這次施藥取得了優(yōu)異的防治成績，農(nóng)藥航空施藥進(jìn)入了新時(shí)代。日本與美國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境差異較大，人均可耕種面積較少，國內(nèi)的地形地貌較為復(fù)雜。主要生產(chǎn)的糧食作物為水稻，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模較小，水稻的種植面積達(dá)到1692hm2，均以小田為主[3]。因地形限制等原因使得大型固定翼飛機(jī)并不適合在日本的農(nóng)業(yè)環(huán)境中作業(yè)。因此，不受地理地形限制的小型無人機(jī)，或者與植物保護(hù)有關(guān)的輕型植物保護(hù)直升機(jī)，這兩類飛機(jī)因輕便并且施藥作業(yè)效率高、飛機(jī)尺寸小、操作方便、農(nóng)藥噴灑均勻等優(yōu)點(diǎn)，近年來很快占據(jù)了日本的農(nóng)業(yè)市場。植保無人機(jī)正式被歐盟無人機(jī)管理協(xié)會(huì)納入農(nóng)業(yè)航空系統(tǒng)。在亞洲，韓國緊跟在日本之后，也是應(yīng)用植保無人機(jī)較早的國家，韓國農(nóng)戶對植保無人機(jī)的認(rèn)可度很高。但韓國的植保無人機(jī)主要依賴進(jìn)口，并且90%的植保無人機(jī)都進(jìn)口自中國。

（二）我國植保無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的可耕種面積約為1.28×108hm2，病蟲害每年發(fā)生的面積超過4.67×108hm2，造成十分惡劣的后果，防治面積約為5.67×108hm2，每年所需的農(nóng)藥為3×105t。中國植保無人機(jī)從2005年開始依據(jù)科技部863計(jì)劃、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)機(jī)化所等開始無人機(jī)植保的研究和推廣，2007年我國第一架工程型植保無人直升機(jī)開始產(chǎn)業(yè)化探索。2014年起，隨著國家政策的推動(dòng)，植保無人機(jī)出現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢。目前從業(yè)企業(yè)約300家，但產(chǎn)品可穩(wěn)定使用企業(yè)僅十余家。2015年12月，大疆公司推出MG-1植保無人機(jī)，經(jīng)此大疆公司正式進(jìn)軍研發(fā)植保無人機(jī)的行列。大疆MG-1植保無人機(jī)具有先進(jìn)的連續(xù)波雷達(dá)和智能飛控系統(tǒng)，不僅可以保障噴灑農(nóng)藥的均勻性，節(jié)水節(jié)藥、提高作業(yè)效率，還可以自動(dòng)保證與作物之間合理的距離。2021年中國植保無人機(jī)市場規(guī)模達(dá)116.34億元，同比增長27.44%。預(yù)計(jì)2022年將達(dá)131.22億元，2023年將達(dá)150億元。

三、植保無人機(jī)發(fā)展前景

（一）制訂相關(guān)扶持政策

植保無人機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，需要政府等有關(guān)部門出臺(tái)相關(guān)政策給予扶持，如投入科研經(jīng)費(fèi)、提供科研場所等。對植保無人機(jī)的智能化、續(xù)航、噴頭、穩(wěn)定性等重要技術(shù)進(jìn)行研發(fā)改進(jìn)。為此，各大高校和企業(yè)應(yīng)該充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的需求，推出作業(yè)效率更高、更安全、智能化更高的植保無人機(jī)，同時(shí)對制造無人機(jī)的成本進(jìn)行合理控制，出售的價(jià)格應(yīng)該更加合理。在針對無人機(jī)改進(jìn)的過程中共同制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則并重視相關(guān)檢測和試驗(yàn)步驟。

（二）加速更新?lián)Q代

針對植保無人機(jī)在應(yīng)用過程所面臨的一系列問題，如作業(yè)效率低、續(xù)航時(shí)間短、操作不便等。為了解決上述等一系列的問題，就需要不斷地對植保無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行更新迭代，以更好地解決無人機(jī)出現(xiàn)的各種維護(hù)、續(xù)航、操作等一系列問題。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)地將作業(yè)過程中的問題反饋給企業(yè)。購買者也應(yīng)該及時(shí)地掌握企業(yè)更新迭代的新技術(shù)和維護(hù)技巧，將使用無人機(jī)時(shí)出現(xiàn)的新問題和不足反饋給廠家。在此過程中，生產(chǎn)廠家和購買者之間的信息交流，可以對植保無人機(jī)的發(fā)展提供創(chuàng)新能力。

（三）研發(fā)植保無人機(jī)助劑

植保無人機(jī)作業(yè)過程中，導(dǎo)致噴灑出的藥液出現(xiàn)飄移的運(yùn)動(dòng)有很多，其中霧滴特性和氣象條件是最影響霧滴飄移。風(fēng)速和風(fēng)向影響霧滴沉積。氣溫較高會(huì)導(dǎo)致霧滴飄移時(shí)蒸發(fā);植保無人機(jī)在施藥時(shí)使用的農(nóng)藥應(yīng)當(dāng)具有抗飄移效果，否則，當(dāng)藥液到達(dá)靶標(biāo)區(qū)域時(shí)被氣象條件影響從而不能實(shí)現(xiàn)藥液的最佳效果。針對此類問題，可以在藥箱中加入適量的農(nóng)藥助劑，改變農(nóng)藥原本的理化性狀，使植保無人機(jī)在施藥中出現(xiàn)的蒸發(fā)過快、農(nóng)作物難以吸收的問題得以改善。各大企業(yè)應(yīng)當(dāng)合作對抗漂移、抗蒸發(fā)、容易吸收的農(nóng)藥助劑進(jìn)行研發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]貢常委，馬鈺，楊銳，阮彥偉，王學(xué)貴，劉越.噴嘴類型對植保無人飛機(jī)噴霧性能的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2020， 53（12）： 2385-2398.

[2]李欣璐，殷敏琪.植保無人機(jī)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中霧滴飄移影響因素分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2022，43（02）：37-42.

[3]張菡. 植保無人機(jī)變量噴藥系統(tǒng)研制[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

（作者單位：山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院）