孫樂(lè)鑫，陳 兵，趙 靜，王 瓊，王 靜，宋 勇，陳子杰，韓煥勇，王方永，傅積海

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所，新疆石河子 832003；2.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832003；3.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院水建分院，新疆石河子 832003)

我國(guó)是一個(gè)擁有1.2億hm耕地的農(nóng)業(yè)大國(guó)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，作物的生長(zhǎng)時(shí)好時(shí)壞，病蟲(chóng)草害時(shí)有發(fā)生。作物生長(zhǎng)不好，病蟲(chóng)草害發(fā)生均會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)造成負(fù)面影響，降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使作物絕產(chǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失。因此，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，做好作物的生長(zhǎng)調(diào)控和病蟲(chóng)草害的防治工作尤為重要。作物的生長(zhǎng)調(diào)控措施主要是水肥調(diào)控和化學(xué)藥劑調(diào)控，病蟲(chóng)草害的防治措施主要有農(nóng)業(yè)防治、物理防治、化學(xué)防治及生物防治等，常規(guī)生產(chǎn)中化學(xué)防治最多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)用化學(xué)品可防治高達(dá)45%的世界糧食供應(yīng)損失。目前我國(guó)大部分地區(qū)仍然采用大容量、粗霧滴的傳統(tǒng)噴霧方式(背式噴霧器、擔(dān)架式噴霧機(jī)、大型機(jī)車等)進(jìn)行作物的生長(zhǎng)調(diào)控和病蟲(chóng)草害的防治，噴灑出去的生長(zhǎng)調(diào)控劑不能完全被作物吸收，部分進(jìn)入土壤，產(chǎn)生了藥劑殘留；噴出的病蟲(chóng)草害防控藥劑也只有20%～30%能夠有效作用于病蟲(chóng)草害部位，大多數(shù)農(nóng)藥被浪費(fèi)，不僅污染了水土資源，還對(duì)環(huán)境造成了極大破壞。為了能夠更加高效環(huán)保地實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)調(diào)控和病蟲(chóng)草害的防治，無(wú)人機(jī)作為一種新型施藥機(jī)械應(yīng)運(yùn)而生。由于無(wú)人機(jī)與傳統(tǒng)植保器械相比具有安全性高、省水、省藥、靈活度高、噴施效率高、無(wú)損等特點(diǎn)，自2010年至今，無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多，已經(jīng)貫穿了作物生長(zhǎng)的全過(guò)程。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用面積越來(lái)越廣，已成為作物生長(zhǎng)調(diào)控和防治病蟲(chóng)草害的主要手段，但仍存在市場(chǎng)亂、操作復(fù)雜、續(xù)航差、濃度大易產(chǎn)生藥害、缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、配套藥劑研發(fā)力度不夠等不足。

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外無(wú)人機(jī)的發(fā)展歷程和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行梳理總結(jié)，分析無(wú)人機(jī)快速發(fā)展的原因，綜述無(wú)人機(jī)噴施藥劑的應(yīng)用情況，闡述無(wú)人機(jī)施藥發(fā)展過(guò)程中存在的不足，并展望無(wú)人機(jī)未來(lái)發(fā)展的幾大趨勢(shì)，以期為從事無(wú)人機(jī)施藥工作的相關(guān)人員提供技術(shù)支撐。

1 無(wú)人機(jī)施藥發(fā)展概況

1.1 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)介紹

無(wú)人機(jī)是一種用于農(nóng)林噴灑農(nóng)藥藥劑的無(wú)人駕駛飛行器。一套完整的無(wú)人機(jī)具備機(jī)械、動(dòng)力及控制三大功能。無(wú)人機(jī)的工作原理是借助于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使螺旋槳產(chǎn)生升力，進(jìn)而飛離地面。按照不同平臺(tái)構(gòu)型來(lái)分，主要有固定翼、直升機(jī)、多旋翼三大類。根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的來(lái)源不同，可分為電動(dòng)、油動(dòng)、油電混動(dòng)三大類。無(wú)人機(jī)的載藥量大多為10～45 kg，最大載藥量為80 kg(例如TDN-01)。他的噴灑系統(tǒng)主要包括藥箱、水泵、軟管和噴頭。藥箱是噴灑均勻的關(guān)鍵，材質(zhì)要求防震蕩、耐腐蝕、耐磨損。水泵通常分為蠕動(dòng)泵、齒輪泵和高壓泵，要避免使用濃稠度較大的藥劑，以免水泵內(nèi)殘留藥渣影響其正常工作。軟管是連接水泵和噴頭的裝置，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)長(zhǎng)短。噴頭性能是影響藥效的關(guān)鍵，主要有扇形壓力噴頭和離心噴頭。

1.2 國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)發(fā)展的歷程

1.2.1 國(guó)外農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的發(fā)展歷程 縱觀全球，農(nóng)業(yè)航空較發(fā)達(dá)的國(guó)家主要有日本、美國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)、澳大利亞、巴西、加拿大等，但由于自然地理、人文政策不一，無(wú)人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀各不一樣。

1.2.1.1 日本 日本種植面積最大的農(nóng)作物是水稻，對(duì)農(nóng)用機(jī)械的要求很高，加之日本人口老齡化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在日本起步較早，發(fā)展比較完善，主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。由表1可知，1983年日本農(nóng)林水產(chǎn)省(隸屬日本中央省廳)委托雅馬哈公司率先開(kāi)始農(nóng)用無(wú)人施藥作業(yè)器械的研究。經(jīng)過(guò)4年的研究探索，1987年世界上第1臺(tái)無(wú)人直升機(jī)R50問(wèn)世，主要應(yīng)用于農(nóng)藥噴灑。1991年，日本農(nóng)林水產(chǎn)省出臺(tái)了“推廣植保無(wú)人機(jī)在稻田中應(yīng)用”的政策，無(wú)人機(jī)企業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)。1997年研制出RMAX機(jī)型，長(zhǎng)為3.63 m、高為1.08 m、作業(yè)載荷為28 kg，配有水平對(duì)置雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)、全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航功能和雅馬哈姿態(tài)控制系統(tǒng)，能夠以恒定的速度飛行，同時(shí)保持機(jī)身的穩(wěn)定，成為日本應(yīng)用最廣的植保無(wú)人機(jī)。如今全球有2 500多架雅馬哈RMAX直升機(jī)在運(yùn)行，用于大米、小麥、大豆和蔬菜等許多作物的噴灑作業(yè)。2017年推出了一款FAZER R多馬達(dá)無(wú)人機(jī)，可以噴灑4 kg。2018年YMR-01多馬達(dá)無(wú)人機(jī)投入市場(chǎng)，YMR-01的機(jī)體四周有6根旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)身為碳纖維材料，體型要比普通的無(wú)人機(jī)大一些。作為領(lǐng)軍企業(yè)的日本雅馬哈，市場(chǎng)占有率達(dá)到60%，出口韓國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、新西蘭、泰國(guó)等國(guó)家。日本無(wú)人機(jī)的蓬勃發(fā)展離不開(kāi)政府的管理體系和協(xié)會(huì)的協(xié)同管理。早在1962年就成立了“農(nóng)林水產(chǎn)航空協(xié)會(huì)”，負(fù)責(zé)小型無(wú)人機(jī)作業(yè)的協(xié)同管理。2017年由日本農(nóng)林水產(chǎn)省消費(fèi)安全局發(fā)布了無(wú)人機(jī)農(nóng)藥配施利用技術(shù)指導(dǎo)準(zhǔn)則，制定了航空植保專用藥劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2019年日本農(nóng)林水產(chǎn)省首次制定了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域普及小型無(wú)人機(jī)計(jì)劃，該計(jì)劃稱，到2022年要將無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥的面積從目前的 2萬(wàn)hm擴(kuò)大至100萬(wàn)hm。日本農(nóng)林水產(chǎn)省還敲定了大幅增加果樹(shù)和蔬菜可用農(nóng)藥數(shù)量的目標(biāo)。目前，日本是無(wú)人機(jī)飛防最成熟，規(guī)模最大的國(guó)家。

表1 日本農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)發(fā)展歷程

1.2.1.2 美國(guó) 美國(guó)是世界上農(nóng)業(yè)航空技術(shù)最先進(jìn)，應(yīng)用最廣泛的國(guó)家，至今已有110多年的歷史。美國(guó)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先水平，主要應(yīng)用于軍事方面，在農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用較少。由于美國(guó)法律法規(guī)的限制，美國(guó)的無(wú)人機(jī)發(fā)展規(guī)模不及日本，航空施藥主要以有人駕駛的固定翼飛機(jī)為主，約占到88%。2016年，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration，簡(jiǎn)稱FAA)正式頒布了《小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和審定》，這一政策促進(jìn)了無(wú)人機(jī)在美國(guó)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，尤其是在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的加州地區(qū)。在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域中，比較著名的美國(guó)企業(yè)主要有PrecisionHawk、Agribotix、DroneDeploy等。美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了免除農(nóng)用飛機(jī)100美元單次起降費(fèi)的議案，2014年美國(guó)政府針對(duì)該議案又投入了73億美元。美國(guó)的農(nóng)場(chǎng)占地范圍比較大，對(duì)于有人駕駛的大載量固定翼飛機(jī)的需求大于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)。近些年，隨著政府的監(jiān)管放寬，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。但在航空配藥發(fā)展過(guò)程中，仍以有人駕駛的航空飛機(jī)為主，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)為輔。

1.2.1.3 俄羅斯 俄羅斯地廣人稀，是一個(gè)農(nóng)業(yè)航空大國(guó)，與美國(guó)類似，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)主要應(yīng)用于軍事方面，農(nóng)業(yè)主要以有人駕駛固定翼飛機(jī)為主，無(wú)人機(jī)發(fā)展緩慢。在2016年，俄羅斯中央流體和空氣動(dòng)力研究院(TsAGI)完成了由俄聯(lián)邦韃靼斯坦共和國(guó)Aviaresheniya設(shè)計(jì)局設(shè)計(jì)的農(nóng)用無(wú)人機(jī)的初始風(fēng)洞試驗(yàn)。研制的FLYP植保無(wú)人機(jī)，商載可達(dá)50～100 kg，飛行速度可達(dá)40～70 km/h。

1.2.1.4 其他國(guó)家 韓國(guó)耕地較少，以種植水稻為主，機(jī)械化水平較高，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)與日本類似。目前韓國(guó)應(yīng)用的無(wú)人機(jī)依賴于中國(guó)和日本出口，本地基本上不生產(chǎn)無(wú)人機(jī)，但其市場(chǎng)開(kāi)放，接受程度較好，政策規(guī)定較美國(guó)寬松，無(wú)人機(jī)發(fā)展較穩(wěn)定。此外，澳大利亞、巴西、加拿大等國(guó)家農(nóng)業(yè)航空也較為發(fā)達(dá)，他們的發(fā)展模式與美國(guó)相似，以有人駕駛的固定翼飛機(jī)和旋翼直升機(jī)為主。

1.2.2 國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的發(fā)展歷程 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在我國(guó)國(guó)內(nèi)發(fā)展起步較晚，但發(fā)展迅速。由表2可知，在2005—2006年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院等科研機(jī)構(gòu)向有關(guān)部門(mén)申報(bào)提議進(jìn)行農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的研究工作。2008年由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位共同承擔(dān)的國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目《水田超低空低量施藥技術(shù)研究與裝備創(chuàng)制》正式實(shí)施，這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)正式進(jìn)入無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)的探索階段。該項(xiàng)目成功研制出基于Z-3飛行平臺(tái)的油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)。2010年，我國(guó)第1架自主研發(fā)的施藥無(wú)人機(jī)成功問(wèn)世。2012年，國(guó)內(nèi)第1款電動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)問(wèn)世。2014年，中央一號(hào)文件中指出要“加快農(nóng)用航空建設(shè)”，促進(jìn)生態(tài)友好型農(nóng)業(yè)發(fā)展。自2012年開(kāi)始，由知網(wǎng)的關(guān)注度指數(shù)分析可以看出，我國(guó)對(duì)無(wú)人機(jī)的學(xué)術(shù)關(guān)注度也不斷提升。2015年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》和《到2020年農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，新型無(wú)人機(jī)施藥方式開(kāi)始迅速發(fā)展。同年，個(gè)別省份出臺(tái)了地方性補(bǔ)貼政策。2017年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部首次將農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)納入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼。經(jīng)過(guò)短短十幾年的發(fā)展，如今農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)保有量已經(jīng)超過(guò)日本。2020年我國(guó)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)逐漸朝著產(chǎn)學(xué)研相互合作的方向快速發(fā)展，誕生了很多代表性的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)品牌，例如大疆創(chuàng)新、極飛科技、漢和、遼寧壯龍等。2020年12月21日，民航局適航司在深圳市向深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司頒發(fā)國(guó)內(nèi)首個(gè)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)批準(zhǔn)函，這有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。2020年，大疆農(nóng)業(yè)發(fā)布了T30、T10等2款全新的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)，T30的載荷量達(dá)到了30 kg；2021年，極飛科技發(fā)布了P40、P80、V40 2021款，其中，P80 2021款農(nóng)用無(wú)人機(jī)載量達(dá)到40 kg，搭載全新的SUPERX4智能控制系統(tǒng)，結(jié)合極飛睿噴、睿播、睿圖模塊，測(cè)繪效率更高、霧化效果更好。極飛 V40 2021 款農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)采用行業(yè)首創(chuàng)的傾轉(zhuǎn)雙旋翼結(jié)構(gòu)，刷新了人們對(duì)旋翼無(wú)人機(jī)外形的認(rèn)知。我國(guó)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的自主研發(fā)和創(chuàng)新達(dá)到了一個(gè)新的高度，但是與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的提升空間。目前，我國(guó)已然成為全球農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)面積最大的國(guó)家，2020年全國(guó)作業(yè)面積達(dá)到6 670萬(wàn)hm(圖1)。

表2 我國(guó)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)發(fā)展歷程

綜上所述，近年來(lái)亞洲地區(qū)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)使用量逐年上升，其他地區(qū)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)基本穩(wěn)定。由于中日韓3國(guó)的耕地相對(duì)分散、經(jīng)營(yíng)規(guī)模較小、生產(chǎn)條件相對(duì)比較復(fù)雜等因素，中日韓3國(guó)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)比較接近。在2012—2013年中日韓3國(guó)還展開(kāi)過(guò)無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)研究的國(guó)際合作。而美國(guó)、澳大利亞、巴西、俄羅斯等國(guó)家地廣人稀，多是農(nóng)場(chǎng)主經(jīng)濟(jì)，與農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)相比，有人駕駛的固定翼飛機(jī)是更好的選擇。

2 無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在農(nóng)業(yè)中快速發(fā)展的原因

2.1 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)優(yōu)點(diǎn)較多

由表3可知，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)優(yōu)點(diǎn)主要有以下6點(diǎn)：

表3 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)器械與農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的比較

2.1.1 安全性高 據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)中毒人數(shù)高達(dá)10萬(wàn)、中毒致死率高達(dá)20%。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在噴霧安全性方面具有很大優(yōu)勢(shì)，能夠滿足人體藥物分離的要求，使農(nóng)業(yè)工作者免受農(nóng)藥的直接、間接傷害。

2.1.2 省水、省藥、環(huán)保 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)與傳統(tǒng)的人力機(jī)械噴霧相比，可以節(jié)省30%的殺蟲(chóng)劑，節(jié)省30～40倍水量，不但降低了對(duì)周圍環(huán)境的污染，還減少了農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留。

2.1.3 穿透性強(qiáng) 多旋翼農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生旋翼氣流，噴灑出來(lái)的霧滴隨著氣流沉積到作物的冠層上，氣流吹動(dòng)葉片，使霧滴均勻地附著在葉片的正反面，也能將霧滴帶到作物的中下部，較小型手動(dòng)、背負(fù)式噴霧器穿透性強(qiáng)。

2.1.4 靈活度高，適應(yīng)性廣 據(jù)統(tǒng)計(jì)，山脈、高原和丘陵占全國(guó)總面積的69%，由于特殊的地形地勢(shì)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)器械進(jìn)地作業(yè)比較困難。而農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)體積小，作業(yè)時(shí)不需要跑道，可以垂直升降，不受地形地勢(shì)和作物長(zhǎng)勢(shì)的制約，適應(yīng)性比較廣。

2.1.5 噴施效率高 有效載荷為20 kg的農(nóng)業(yè)無(wú)人直升機(jī)的效率是拖拉機(jī)安裝噴霧器的3～4倍，是手動(dòng)噴霧器的30倍。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥對(duì)于大面積病蟲(chóng)害的爆發(fā)有很好的防治效果。

2.1.6 無(wú)損 傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械如小型手動(dòng)、背負(fù)式、擔(dān)架式噴霧器和機(jī)車噴霧機(jī)械都需要進(jìn)入田塊進(jìn)行作業(yè)，不僅會(huì)對(duì)作物造成機(jī)械損傷，還會(huì)壓實(shí)土壤，改變土壤的物理性狀，不利于作物的后期生長(zhǎng)。而農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥則是超低空施藥，不會(huì)與作物進(jìn)行直接接觸，避免了機(jī)械損傷。

2.2 農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺勞務(wù)費(fèi)居高不下

在我國(guó)，超過(guò)88%的農(nóng)藥噴霧機(jī)是人工操作的。早期我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，農(nóng)村人口眾多，大部分地區(qū)以自給自足的家庭經(jīng)營(yíng)為主。在這樣的背景下，對(duì)于新型農(nóng)業(yè)器械(農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)等)并無(wú)迫切的需求。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，大量的青壯年進(jìn)城務(wù)工，從事農(nóng)業(yè)的人員嚴(yán)重不足。農(nóng)村勞動(dòng)力短缺加之人工勞作的環(huán)節(jié)和時(shí)間越來(lái)越少，導(dǎo)致勞務(wù)費(fèi)越來(lái)越高，農(nóng)業(yè)用工的壓力越來(lái)越大，很多地方用不起工的現(xiàn)象日益突出，而農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、勞動(dòng)力投入少的特點(diǎn)，受到廣大農(nóng)民的青睞。

2.3 土地流轉(zhuǎn)規(guī)模加大

農(nóng)村大量勞力外流，加快了土地的流轉(zhuǎn)。隨著土地流轉(zhuǎn)新政策的實(shí)施和國(guó)家大力發(fā)展農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營(yíng)，規(guī)?；姆乐纬蔀橐环N趨勢(shì)，施藥的效率要求越來(lái)越高，為農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥提供了良好的沃土。

2.4 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼政策不斷完善

2017年我國(guó)就開(kāi)始實(shí)行無(wú)人機(jī)購(gòu)機(jī)試點(diǎn)補(bǔ)貼，目前大部分省、市和地區(qū)已經(jīng)把農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)納入到農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼里。隨著無(wú)人機(jī)購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼政策的不斷完善，田間地頭的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)將會(huì)越來(lái)越多。

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)從事農(nóng)業(yè)的人口正在走向老齡化，從事農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)力不足，而農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)高效、省時(shí)省力的特點(diǎn)正好契合了實(shí)際。隨著農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)技術(shù)的日漸成熟，作業(yè)成本也會(huì)下降。當(dāng)前的整個(gè)大趨勢(shì)有利于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)還有更大的發(fā)展前景。

3 無(wú)人機(jī)施藥的關(guān)鍵技術(shù)及其施藥流程

3.1 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃方法

農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥時(shí)，首先要進(jìn)行路線規(guī)劃，路線規(guī)劃主要有標(biāo)準(zhǔn)航線、定點(diǎn)航線、自由航線等。標(biāo)準(zhǔn)航線多為固定區(qū)域規(guī)劃，只需規(guī)劃固定區(qū)域邊界即可，自動(dòng)生成施藥航線，進(jìn)行面上作業(yè)；定點(diǎn)航線為了滿足個(gè)性化需要，靶向噴霧，針對(duì)需要施藥的個(gè)別點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃，進(jìn)行點(diǎn)上作業(yè)；自由航線是為了滿足特殊區(qū)域需求，可以規(guī)劃直線曲線等航線，進(jìn)行線上作業(yè)。當(dāng)作業(yè)區(qū)域面積較大時(shí)，需要返回保障點(diǎn)進(jìn)行藥液和電池的更換，而返回的途中為非施藥作業(yè)。為提高作業(yè)效率盡可能地縮短返回途中非施藥作業(yè)的時(shí)間，王宇等提出了基于Grid-GSA算法的路徑規(guī)劃方法，此方法相比于簡(jiǎn)單規(guī)劃與未規(guī)劃情況，往返距離總和分別縮短了14%、68%，非施藥作業(yè)時(shí)間分別減少了21%、36%。另外，當(dāng)作業(yè)區(qū)域面積較大時(shí)，單機(jī)配藥作業(yè)耗時(shí)長(zhǎng)、效率有限。為了實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同作業(yè)，闞平等提出了一種基于改進(jìn)粒子群算法的多農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)協(xié)同路徑規(guī)劃解決方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)返航順序和返航點(diǎn)位置的尋優(yōu)，大大提高了防治效率。徐博等研究了一種多架次返航路線規(guī)劃算法，使其能耗達(dá)到最小值，通過(guò)該算法進(jìn)行航線規(guī)劃，能耗節(jié)省率達(dá)到了12.89%。針對(duì)不規(guī)則作業(yè)田塊，嚴(yán)煒等提出了基于差分量子退火算法的路徑規(guī)劃算法，降低了作業(yè)過(guò)程的藥耗和能耗。我國(guó)丘陵山地居多，針對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在丘陵山地上的作業(yè)情況，范葉滿等提出了一種基于模擬退火算法的路徑規(guī)劃，使農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在山地作業(yè)時(shí)能耗達(dá)到最優(yōu)。表4列出了農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃方式的用途，不同規(guī)劃方式適用范圍不同。

表4 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃方式的用途

3.2 不同類型不同控制方式下農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的噴灑效果

農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)飛行質(zhì)量的好壞對(duì)于噴灑效果有著至關(guān)重要的作用。近些年隨著農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的快速發(fā)展，市場(chǎng)上涌現(xiàn)了各式各樣的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)。它們的飛行性能良莠不齊，防治效果也各不相同。為了能夠篩選出飛行性能高、防治效果好的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)，陳盛德等選取了不同機(jī)型以及不同控制方式(半自主和全自主)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)，采用微輕型機(jī)載北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，將不同類型獲取到的飛行參數(shù)與規(guī)劃參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出全自主控制方式下的四旋翼植保無(wú)人機(jī)飛行質(zhì)量最高，為有意購(gòu)買(mǎi)者提供了借鑒。

3.3 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)避障技術(shù)

避障技術(shù)，顧名思義就是無(wú)人機(jī)自主躲避障礙物的智能技術(shù)。初期的避障方法主要是靠飛手目測(cè)障礙物進(jìn)行躲避，但當(dāng)障礙物與飛手相距較遠(yuǎn)時(shí)，安全性就難以保證。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在田間作業(yè)時(shí)環(huán)境比較復(fù)雜，難免會(huì)碰到一些障礙物如輸電鐵塔、電線桿、大樹(shù)等?，F(xiàn)階段農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的空中沖擊主要是由于其避障能力有限。因此，對(duì)于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)自主避障的研究迫在眉睫。吳開(kāi)華等基于結(jié)構(gòu)光視覺(jué)技術(shù)提出了一種障礙物檢測(cè)新方法，當(dāng)作業(yè)過(guò)程中前方存在障礙物時(shí)，該方法通過(guò)光路的變化能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出障礙物的距離、角度、寬度，從而作出相應(yīng)的飛行動(dòng)作。孫柯等設(shè)計(jì)了一款基于雙毫米波雷達(dá)的避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)毫米波雷達(dá)回波中心與障礙物之間參數(shù)的變化特點(diǎn)得出障礙物前方距離、側(cè)方距離、寬度。明宇提出了一種基于視覺(jué)的避障方法，該方法通過(guò)在農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)上搭載一個(gè)拍攝設(shè)備，對(duì)收集到的圖像處理分析來(lái)進(jìn)行避障。由表5可知，不同避障技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體的環(huán)境選擇合適的避障方法。

表5 避障方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3.4 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)施藥技術(shù)

在農(nóng)田實(shí)際生產(chǎn)中，作物生長(zhǎng)和病蟲(chóng)害的分布、嚴(yán)重度不是均勻的，變量施藥、精準(zhǔn)施藥尤為重要，可以大量節(jié)省農(nóng)藥，提高利用率。準(zhǔn)確的高度控制是精準(zhǔn)施藥的前提，在作業(yè)過(guò)程中藥箱質(zhì)量不斷變化，會(huì)對(duì)高度的控制造成影響。郝學(xué)晟等提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與重力補(bǔ)償PD控制器相結(jié)合的控制方法，從模擬仿真結(jié)果看，可以有效提高控制精度。精準(zhǔn)施藥離不開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，段立蹄等提出了一種基于多信息融合的監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以將飛行過(guò)程中的飛行參數(shù)及藥箱參數(shù)融合起來(lái)，大大提高了監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，為精準(zhǔn)施藥保駕護(hù)航。王大帥等針對(duì)此問(wèn)題設(shè)計(jì)了一款基于LabVIEW的地面控制軟件，可以在作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)飛行速度和施藥流量的動(dòng)態(tài)匹配，實(shí)際與理論流量平均偏差僅為1.9%。在極飛2021年的新品系列里，發(fā)布了AI處方圖技術(shù)，在這張?zhí)幏綀D上能看到作物長(zhǎng)勢(shì)、施藥情況等，為變量施藥指引了方向，可以實(shí)現(xiàn)哪里需要噴哪里。

3.5 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)霧滴沉積分布

霧滴沉積分布特征一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)，對(duì)于調(diào)整作業(yè)參數(shù)至關(guān)重要。漆海霞等對(duì)不同機(jī)型、不同噴頭類型施藥特點(diǎn)的研究發(fā)現(xiàn)，單旋翼農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)比多旋翼農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)有效噴幅更大，離心式噴頭比液力式噴頭發(fā)射的霧滴粒徑更小，具有更佳的穿透性。許童羽等研究了水稻垂直空間上的霧滴分布規(guī)律，在有效范圍內(nèi)旋翼下方的覆蓋率最好，遠(yuǎn)離旋翼的位置覆蓋率次之。王昌陵等研究了單旋翼農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)不同因素對(duì)霧滴沉積的影響，就沉積效果來(lái)講，機(jī)尾朝前要優(yōu)于機(jī)頭朝前，且側(cè)風(fēng)速越大，霧滴越集中于下風(fēng)向處。

3.6 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)夜視功能

大部分病蟲(chóng)害均發(fā)生在雨熱同期的夏季，較白天高溫高濕的環(huán)境，夜間更適合農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)。目前市面上大部分農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)都還不具備夜視功能，近年極飛發(fā)布了一款天目無(wú)人機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，具備主動(dòng)近紅外照射技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)機(jī)身主動(dòng)發(fā)射近紅外光線，然后接收目標(biāo)返回的紅外信號(hào)反饋，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后，感知障礙物并實(shí)現(xiàn)夜間避障。夜視功能打破了施藥作業(yè)的時(shí)間限制，顯著提升了施藥效果和安全性能。

綜上所述，植保無(wú)人機(jī)技術(shù)比較新穎又比較復(fù)雜，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究是縮小我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家差距的必經(jīng)之路，精準(zhǔn)施藥技術(shù)的研究能最大程度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，引領(lǐng)農(nóng)業(yè)向精準(zhǔn)化發(fā)展。路徑規(guī)劃的研究可以降低能耗，節(jié)約資源。避障技術(shù)的研究會(huì)提高植保無(wú)人機(jī)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。夜視功能的研究打破了植保無(wú)人機(jī)作業(yè)的時(shí)間限制。要想解決卡脖子現(xiàn)象，就要不斷學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，把對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)放在首位，同時(shí)還需要不斷創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)適合國(guó)內(nèi)的特色技術(shù)要求成果。

4 無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的影響因素

4.1 環(huán)境條件

影響無(wú)人機(jī)施藥的環(huán)境條件主要包括氣象條件、障礙物、不宜飛行區(qū)等。氣象條件有風(fēng)速、溫度、光照、濕度、露水、降水等。其中，風(fēng)速對(duì)霧滴沉降影響最顯著，當(dāng)風(fēng)速達(dá)于3 m/s時(shí)，不同粒徑的霧滴均會(huì)發(fā)生飄移。大風(fēng)條件下會(huì)使藥液發(fā)生較大飄移，從而造成作物受藥不均。即使在風(fēng)力較弱時(shí)噴灑，也要預(yù)留出飄移緩沖區(qū)域。當(dāng)光照強(qiáng)烈、溫度較高時(shí)，藥劑的蒸發(fā)會(huì)變得強(qiáng)烈，懸浮顆粒的亂流增強(qiáng)，不利于藥劑發(fā)揮作用。雨露天氣時(shí)，空氣濕度過(guò)大，霧滴會(huì)沉積到地面，增加霧滴的流失。障礙物包括無(wú)人機(jī)噴施作業(yè)區(qū)域及附近出現(xiàn)的高壓線塔、電桿、樹(shù)木、建筑物等影響無(wú)人機(jī)作業(yè)的物體，或妨礙無(wú)人機(jī)操控人員視線的其他物體。不宜實(shí)施飛防作業(yè)的區(qū)域包括蜂、鳥(niǎo)、魚(yú)、蠶、畜等養(yǎng)殖場(chǎng)，公路、鐵路、學(xué)校、醫(yī)院、居民生活區(qū)附近，以及水源地、草地、生態(tài)敏感區(qū)等。

4.2 藥劑的物理性質(zhì)

藥劑的物理性質(zhì)包括黏度、表面張力、粒徑、蒸發(fā)率等。藥劑經(jīng)過(guò)噴嘴噴灑出來(lái)，物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，添加飛防助劑和輔劑會(huì)改變噴嘴的霧化性能，尤其對(duì)霧滴的表面張力有顯著影響。

4.3 作業(yè)參數(shù)

農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的作業(yè)參數(shù)主要包括飛行高度、飛行速度、噴液量、噴嘴類型等。植保無(wú)人機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，為使藥物噴灑得均勻，應(yīng)使無(wú)人機(jī)保持一定的高度飛行。陶波等針對(duì)此問(wèn)題的研究表明：隨著飛行高度升高，農(nóng)藥?kù)F滴的沉積量降低，飄移量增加；當(dāng)噴液流量較大時(shí)，農(nóng)藥?kù)F滴的沉積量增加，飄移量降低。當(dāng)然過(guò)大的噴液量也是不可取的，會(huì)使部分農(nóng)作物發(fā)生藥害。常見(jiàn)的噴嘴有穿透性強(qiáng)的壓力式，霧化性強(qiáng)的離心式等2種，針對(duì)不同的需求選取不同的噴嘴進(jìn)行作業(yè)。機(jī)型不同施藥效果也不一致，與多旋翼無(wú)人機(jī)相比，單旋翼農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在作業(yè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生翼尖渦流，造成霧滴的飄移，影響施藥效果。當(dāng)單旋翼農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，尾部可能會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)，從而造成農(nóng)藥的少噴復(fù)噴。

4.4 噴施對(duì)象的形態(tài)指標(biāo)

農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于多種農(nóng)作物，由于不同農(nóng)作物或者同一農(nóng)作物不同株型和冠層參數(shù)不同，施藥效果也參差不齊。如農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施玉米時(shí)，下部受藥較小，發(fā)生在下部的病蟲(chóng)害得不到緩解，施藥效果較差。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的防治效果受多種因素影響，所以在田間作業(yè)時(shí)要盡量選擇專業(yè)飛手，在無(wú)風(fēng)弱光的多云天氣，使用飛防專用藥劑以及飛防助劑，針對(duì)不同的作物選擇不同的機(jī)型、設(shè)置合適的飛行參數(shù)，從而達(dá)到較好的作業(yè)質(zhì)量。除了氣象條件不能改變之外，其余影響因素均可以通過(guò)加強(qiáng)對(duì)飛手的培訓(xùn)、加強(qiáng)對(duì)專用藥劑的研究、無(wú)人機(jī)軟硬件的升級(jí)、施藥專家系統(tǒng)的推薦等方式進(jìn)行人為控制。

4.5 飛手的熟練程度

目前，關(guān)于避障技術(shù)尚不完全成熟，雖然多數(shù)無(wú)人機(jī)已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)，由于各種影響因素，比如不規(guī)則地塊、地塊邊界、特殊需求等使得農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)多數(shù)情況下仍然離不開(kāi)飛手的手動(dòng)操作。當(dāng)在飛行過(guò)程中遇到突發(fā)狀況時(shí)，不熟練的飛手可能會(huì)由于緊張?jiān)斐梢恍┦д`，使部分農(nóng)田噴灑不到農(nóng)藥或造成“炸機(jī)”。而熟練的飛手田間經(jīng)驗(yàn)豐富，處理突發(fā)事件冷靜，使飛行比較平穩(wěn)，施藥比較均勻，無(wú)人機(jī)保持完好。

5 無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在作物生產(chǎn)中的應(yīng)用

5.1 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施脫葉劑

棉花在成熟前需要進(jìn)行脫葉，這有利于棉花的集中吐絮。近些年來(lái)，利用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施脫葉劑已經(jīng)越來(lái)越普遍，尤其是高機(jī)械化的新疆兵團(tuán)地區(qū)。張榮等對(duì)比了農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)和機(jī)車對(duì)棉花的脫葉效果，認(rèn)為農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施2次脫葉劑效果最佳，機(jī)車施藥1遍和2遍棉花脫葉效果相當(dāng)，但會(huì)降低棉花產(chǎn)量。胡紅巖等研究認(rèn)為，施藥后5 d，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)脫葉效果較差，30 d后，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)脫葉效果與人工背負(fù)式噴霧器相當(dāng)。王喆等研究認(rèn)為，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施脫吐隆效果好于逸采和瑞脫龍。付凱研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)脫葉與傳統(tǒng)機(jī)車相比，經(jīng)濟(jì)效益增加，成本較低。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)前應(yīng)提前了解近期氣象情況，選取適當(dāng)作業(yè)時(shí)期，設(shè)置好最佳作業(yè)參數(shù)，選取合適的脫葉劑，配合飛防助劑和輔劑效果更佳。作業(yè)完要注意觀察，在漏噴區(qū)進(jìn)行二次噴施，以免造成損失。

5.2 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施殺蟲(chóng)劑

作物蟲(chóng)害傳統(tǒng)施藥防治的方式主要是機(jī)車施藥，存在劑量大、損傷高等特點(diǎn)，無(wú)人機(jī)施藥可實(shí)現(xiàn)自主施藥，定向噴霧，用量少，無(wú)損傷，近年來(lái)已經(jīng)成為機(jī)車施藥的有益補(bǔ)充。王喆等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行棉蚜防治，認(rèn)為22%氟啶蟲(chóng)胺腈懸浮劑(SC)防治效果最好，作業(yè)效率提升了3倍，省藥，成本大大降低，與機(jī)車效果相當(dāng)。婁朝霞等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行棉蚜和葉螨防治，對(duì)比機(jī)車棉蚜防治效果要更好一些，葉螨防治效果略差一些。田志偉等對(duì)晝夜條件下農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的防效研究表明，夜間更有利于棉蚜的防治，藥液霧滴的穿透性更好。龔恒亮等對(duì)甘蔗棉蚜的防治表明，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥最佳組合為ALV-1502+SPA-01，飛行速度越快防治效果越差。Wang等利用不同農(nóng)業(yè)器械對(duì)小麥麥蚜的綜合防治結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的防治效果與懸臂式和背負(fù)式噴霧器相當(dāng)，效率高幾倍，但穿透性和沉積均勻性較差。王小武等利用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行稻田稻水象甲防治試驗(yàn)，其中不同機(jī)型對(duì)于防治稻水象甲差異不明顯，添加助劑后防效顯著提升。王佐乾等利用不同農(nóng)業(yè)器械探究稻飛虱綜合防治效果，施藥后7 d，不同農(nóng)業(yè)器械防治效果無(wú)顯著差異，14 d后，自走式噴霧機(jī)防治效果優(yōu)于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)，但農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)防治成本最低。藺喬仙等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行薊馬、螟蟲(chóng)防治，其中選用33%氯氟·吡蟲(chóng)啉顆粒劑(GR)240 mL/hm效果較好，在蟲(chóng)害初期防治效果更佳。

5.3 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施殺菌劑

作物病害傳統(tǒng)施藥防治的方式與蟲(chóng)害類似，近年來(lái)關(guān)于無(wú)人機(jī)施藥防治病害也開(kāi)展了一些研究。程應(yīng)德等利用不同農(nóng)業(yè)器械探究水稻紋枯病綜合防治效果，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)比常規(guī)人工噴霧防效更佳，且省水省藥。淦城等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行油菜菌核病防治，認(rèn)為農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)防治油菜菌核病與電動(dòng)噴霧器無(wú)顯著差異，但其大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，且油菜千粒質(zhì)量和莢粒數(shù)有小幅提升。屈天元等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行小麥赤霉病防治，結(jié)果表明農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥的小麥平均病穗率顯著低于自走式噴桿植保機(jī)以及對(duì)照組，防治效果較好。李艷朋等利用不同機(jī)型的無(wú)人機(jī)對(duì)小麥赤霉病綜合防治效果進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為極飛P20和大疆T16防治效果最好，添加助劑防治效果會(huì)更好，且未造成藥害。胡中澤等進(jìn)行農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)防治赤霉病的減量研究，發(fā)現(xiàn)添加助劑防治效果更佳。隨著藥劑用量的減少，防治效果也越來(lái)越差，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)減量25%藥劑處理與普通噴霧器防治效果相當(dāng)。

5.4 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)作物生長(zhǎng)具有很好的調(diào)節(jié)作用，多采用葉面噴施的方式，為減少葉面噴施造成的機(jī)械損傷，學(xué)者們也開(kāi)始嘗試?yán)脽o(wú)人機(jī)噴施生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。由于棉花存在無(wú)限生長(zhǎng)的習(xí)性，通常需要棉花生長(zhǎng)的不同時(shí)期噴施調(diào)節(jié)劑縮節(jié)胺來(lái)調(diào)節(jié)棉花生長(zhǎng)。例如趙靜等對(duì)比了不同農(nóng)業(yè)器械化控效果，認(rèn)為農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)與機(jī)車噴施縮節(jié)胺對(duì)棉花株高的抑制率差別不大，但在提高棉花成鈴率方面要好于機(jī)車。張亞林等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施縮節(jié)胺表明飛行高度為1.5 m、飛行速度為4 m/s時(shí)，調(diào)控效果最好且優(yōu)于機(jī)車。

5.5 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施除草劑

由于除草劑噴施易產(chǎn)生藥害，通常在播種前使用較多，作物生長(zhǎng)季節(jié)除草劑噴施面積和次數(shù)都較少，無(wú)人機(jī)在除草劑噴施方面的研究較少。邵國(guó)民等將農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用于水稻直播防治雜草，其中農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)與擔(dān)架式噴霧機(jī)防治效果旗鼓相當(dāng)，但農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)效率更高，大大節(jié)省了農(nóng)藥，有利于大面積應(yīng)用。張宋超等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行看麥娘防治，施藥后10 d，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)防治看麥娘效果不如人工背負(fù)式噴霧機(jī)。張小秋等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)防治甘蔗雜草，與對(duì)照組相比，無(wú)人機(jī)總雜草株防效在89%以上，鮮質(zhì)量防效在96%以上且甘蔗無(wú)藥害癥狀，持效期較長(zhǎng)，噴施效率較高，防除效果較好。在使用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡可能加大流量，以小霧滴作業(yè)來(lái)提高藥液的沉積密度，提高防治效果。

5.6 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)撒播技術(shù)

隨著農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)中的參與度不斷提高，授粉、播種、施肥等過(guò)程不斷向機(jī)械化、智能化發(fā)展，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)撒播技術(shù)逐漸走向成熟。2020年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院在新疆示范基地應(yīng)用無(wú)人機(jī)對(duì)庫(kù)爾勒香梨授粉，當(dāng)年果品品質(zhì)明顯提升，產(chǎn)量也較往年增加。程建斌等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行薄殼山核桃授粉，在單位面積產(chǎn)量、品質(zhì)方面較對(duì)照明顯提升，且授粉效率極高。刁友等應(yīng)用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行水稻直播，效率與地走式直播機(jī)相比大幅提升，大大降低了成本且產(chǎn)量較穩(wěn)定，提高了水稻種植的機(jī)械化水平。于豐華等利用水稻的光譜特征構(gòu)建了處方圖，進(jìn)而使用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)追肥，氮肥追施量減少27.34%，且最終產(chǎn)量較常規(guī)追肥大致相同。

現(xiàn)如今農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，無(wú)論是大田作物還是園藝植物都有涉及，并且它的農(nóng)業(yè)效果與其他傳統(tǒng)器械相比有明顯優(yōu)勢(shì)。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在噴施殺菌劑、殺蟲(chóng)劑、除草劑、脫葉劑方面研究應(yīng)用越發(fā)普遍，在噴施縮節(jié)胺等生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑方面也越來(lái)越多，無(wú)人機(jī)打頂也是未來(lái)應(yīng)用的方向。隨著農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)撒播技術(shù)的普及，授粉、播種、施肥已成為其重要組成成分。

6 無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的不足及展望

6.1 無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的不足

6.1.1 電池容量技術(shù)受限，電動(dòng)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力有待提高 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在大規(guī)模田地上植保作業(yè)時(shí)需要頻繁升降更換電池，大大降低了作業(yè)效率和安全性。目前無(wú)人機(jī)電池技術(shù)原理層面的研究不夠，使得電池容量受到了限制。無(wú)人機(jī)電池包括普通無(wú)人機(jī)電池和高倍率無(wú)人機(jī)電池。目前電池容量主要有5 000、10 000、12 000、14 000、16 000、22 000、32 000 mAh等。現(xiàn)階段提高續(xù)航能力需要從2個(gè)方面著手，一方面需要國(guó)家加大力度對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)電池技術(shù)原理層面進(jìn)行研究，加大補(bǔ)貼力度，培養(yǎng)專業(yè)型人才；另一方面從尋找新能源角度出發(fā)。徐偉誠(chéng)等提出一種基于太陽(yáng)能的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)續(xù)航方案，該方案通過(guò)與鋰電池連接一塊硅太陽(yáng)能電池板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)共同供電，提高了續(xù)航能力。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，飛行時(shí)間平均提高了 70 s。雖然飛行時(shí)間提升的不多，但是這個(gè)方向是可行的，還有很大的提升空間。

6.1.2 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不健全，政策規(guī)程需要完善 近年來(lái)，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在我國(guó)得到迅猛發(fā)展，但植保無(wú)人機(jī)的制造和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善，相關(guān)部門(mén)監(jiān)管困難。這就導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)泥沙俱下，輕則降低農(nóng)作物產(chǎn)量，重則危及植保人員的人身安全。為此，部分省份陸續(xù)采取了措施。2016年重慶市出臺(tái)了我國(guó)第1個(gè)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的地方標(biāo)準(zhǔn)DB50T 638—2015《農(nóng)用航空器電動(dòng)多旋翼植保無(wú)人機(jī)》。2017年《江西省農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)地方標(biāo)準(zhǔn)》在江西省正式實(shí)施。2018年我國(guó)首個(gè)國(guó)字號(hào)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)誕生——NY/T 3213—2018《植保無(wú)人飛機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》。2019年江蘇省南通市出臺(tái)了2個(gè)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。2020年浙江啟飛智能主導(dǎo)制定的多旋翼農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)“浙江制造”標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并不完善，缺少作業(yè)規(guī)范和作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)應(yīng)該繼續(xù)完善農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系和政策規(guī)程，規(guī)范市場(chǎng)秩序，加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)管，為廣大農(nóng)民的根本利益保駕護(hù)航。

6.1.3 飛防專用藥劑研發(fā)不足，缺乏對(duì)周圍環(huán)境和生物影響性研究 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作為一種超低空施藥器械，與傳統(tǒng)地面農(nóng)業(yè)器械所需藥劑不同，所用藥劑要考慮霧滴的防飄性、耐蒸發(fā)性。飛防專用藥劑存在低毒、高效、抗飄移、沉降好、耐蒸發(fā)、對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)損害小等特點(diǎn)，但目前農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)田間作業(yè)仍大量使用傳統(tǒng)劑型，這不完全適合農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)要求，不僅會(huì)堵塞噴嘴，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。吳海霞等采用不同農(nóng)業(yè)器械配合不同藥劑對(duì)比對(duì)小麥赤霉病的防治效果發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)噴施專用藥劑的防治效果最高，達(dá)83.73%；常規(guī)電動(dòng)噴霧器噴施傳統(tǒng)藥劑防效次之，達(dá)78.47%。說(shuō)明農(nóng)業(yè)器械與藥劑門(mén)當(dāng)戶對(duì)才會(huì)使防治效果達(dá)到最佳。目前我國(guó)飛防專用藥劑登記進(jìn)程較慢，但國(guó)外尤其是日本針對(duì)飛防專用藥劑的研究相當(dāng)成熟，要借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，逐步建立起飛防專用藥劑標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則，加大對(duì)專用藥劑的研發(fā)。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥作為一種超低空施藥方式，產(chǎn)生的藥液霧滴有著獨(dú)特的物理特性。一般在田間試驗(yàn)或作業(yè)時(shí)，人們往往關(guān)注作物的防治效果，而忽略了施藥后對(duì)生態(tài)的影響。雖然農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)噴施量小，但其噴施濃度較高，也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。應(yīng)在每次噴施后對(duì)臨近作物、水源、養(yǎng)殖場(chǎng)等周邊環(huán)境進(jìn)行跟蹤性監(jiān)測(cè)研究，得出的結(jié)果可以為作業(yè)參數(shù)的制定提供參考，從而更加系統(tǒng)地權(quán)衡農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的利弊。

6.1.4 大部分地區(qū)對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的培訓(xùn)服務(wù)力度不夠 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作為一種現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)器械相比，擁有眾多優(yōu)點(diǎn)。但由于推廣力度不夠，農(nóng)戶對(duì)于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的認(rèn)識(shí)度不足，很多農(nóng)民仍然以傳統(tǒng)施藥方式為主，對(duì)于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的防效、成本還處于半信半疑的狀態(tài)。這就需要實(shí)地考察給農(nóng)民朋友宣傳講座，打消疑慮。甚至有部分農(nóng)戶購(gòu)買(mǎi)了農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)，怕?lián)p壞機(jī)器，閑置率高，不會(huì)操作，不敢操作。這就需要無(wú)人機(jī)公司擁有較好的售后服務(wù)，派專業(yè)飛手進(jìn)行培訓(xùn)，積極探索新的推廣模式，更好地融入市場(chǎng)。針對(duì)價(jià)格不滿意的用戶，可以采取租賃的形式。

6.2 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)展望

6.2.1 大數(shù)據(jù)支持下的施藥專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 2019年，我國(guó)進(jìn)入了5G商用時(shí)代，5G具有高速率、低時(shí)延、大帶寬等優(yōu)點(diǎn)。2020年，北方天途航空技術(shù)發(fā)展(北京)有限公司推出一款5G植保無(wú)人機(jī)M4E，實(shí)現(xiàn)了5G技術(shù)在農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)與5G技術(shù)的結(jié)合將大大提高施藥作業(yè)的效率，提高飛行穩(wěn)定性、安全性，大大提高了數(shù)據(jù)上傳處理速度。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在不同氣象條件下對(duì)不同作物進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，飛行參數(shù)、機(jī)型、藥劑藥量不同防效也大不一樣。隨著農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的廣泛應(yīng)用，不同機(jī)型的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在不同地形地勢(shì)、風(fēng)向、風(fēng)力、溫濕度下的飛行參數(shù)以及用藥量匯聚成大數(shù)據(jù)，且隨著作業(yè)量的增加不斷完善?；诖耍┧帉＜蚁到y(tǒng)成為了可能，用戶在施藥作業(yè)時(shí)只需要輸入氣象環(huán)境條件、作物種類就可以得到最佳的飛行參數(shù)、推薦藥劑藥量以及合適機(jī)型，提高了使用人的專業(yè)素質(zhì)，這不僅會(huì)提高農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的使用頻率，還會(huì)顯著增加有效植保面積。隨著智慧農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，未來(lái)5G技術(shù)在農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用將會(huì)更加普遍，自動(dòng)化、智能化水平不斷提高，向著“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”發(fā)展。無(wú)人機(jī)施藥專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用是將來(lái)的發(fā)展方向。

6.2.2 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)生物防治技術(shù) 將農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用于生物防治，例如利用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)在水稻田投放被赤眼蜂寄生了的米蛾卵，赤眼蜂孵化之后可以從小孔中飛出并且主動(dòng)尋找螟蟲(chóng)的卵進(jìn)行寄生，最終殺死螟蟲(chóng)的卵從而達(dá)到生物防治的效果。另外，巴西近一半的甘蔗田種植區(qū)都采用了赤眼蜂來(lái)防治蟲(chóng)害，其中98%都是通過(guò)無(wú)人機(jī)釋放的。在未來(lái)可以應(yīng)用于豆類、玉米、小麥以及瓜果類等作物的生物防治。無(wú)人機(jī)施藥生物防治的應(yīng)用前景廣闊。

6.2.3 多機(jī)合作或一機(jī)多能進(jìn)行田間作業(yè)技術(shù) 傳統(tǒng)的作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和病蟲(chóng)草害監(jiān)測(cè)主要是靠農(nóng)業(yè)技術(shù)人員在田間進(jìn)行調(diào)查，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而近些年利用無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)和作物病蟲(chóng)害成為一種重要的監(jiān)測(cè)手段。它采集信息迅速，覆蓋率比較廣。在農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)前，同一無(wú)人機(jī)或不同無(wú)人機(jī)先在該地段飛一遍，例如極飛P40、P80、大疆T30等，通過(guò)采集作物的光譜信息，經(jīng)過(guò)分析獲取作物長(zhǎng)勢(shì)和病蟲(chóng)害處方圖，從而為農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)提供精準(zhǔn)定位。這樣可以實(shí)現(xiàn)按需給藥，節(jié)約成本。既響應(yīng)了國(guó)家減藥的政策，又迎合了大眾對(duì)綠色安全食品的追求。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多機(jī)合作成為未來(lái)農(nóng)業(yè)作業(yè)的一種新趨勢(shì)，增加了各種技術(shù)的關(guān)聯(lián)性。無(wú)人機(jī)綜合監(jiān)測(cè)施藥技術(shù)前景廣闊。

6.2.4 公共場(chǎng)所的無(wú)人機(jī)殺菌消毒 農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)不僅服務(wù)于農(nóng)業(yè)方面，也與人們的公共生活息息相關(guān)。2019年12月暴發(fā)了新冠疫情，切斷傳播途徑至關(guān)重要。為此，全國(guó)上下開(kāi)始對(duì)各種公共場(chǎng)所進(jìn)行消殺，主要是采用穿戴厚重的防護(hù)服人工消殺。該方法存在效率低、用工多，容易造成消殺人員感染等問(wèn)題。2020年1 月 31 日，極飛科技正式宣布啟動(dòng)“春雷行動(dòng)”，投入500 萬(wàn)元人民幣，設(shè)立防疫消殺專項(xiàng)基金，為全國(guó)極飛用戶義務(wù)防疫消殺作業(yè)保駕護(hù)航。據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)千架極飛農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)參與了消殺工作。采用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)搭載消毒藥劑進(jìn)行消殺，專業(yè)飛手可以在操作室遠(yuǎn)距離遙控農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行作業(yè)。該方式會(huì)大大提高消殺速率，同時(shí)避免了人直接和藥、病毒接觸。這將為未來(lái)大面積消殺傳染類病毒細(xì)菌提供很好的借鑒作用。

當(dāng)前全球農(nóng)業(yè)正在經(jīng)歷第4次革命，即智能革命時(shí)代，機(jī)械化、智能化是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用對(duì)提高我國(guó)植物病蟲(chóng)害防治機(jī)械化水平，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力具有重要意義。盡管目前無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在差距，但是我國(guó)近年來(lái)不斷加強(qiáng)創(chuàng)新能力和對(duì)核心技術(shù)的攻關(guān)，并增大資金的投入，與幾年前相比，關(guān)于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也逐漸多了起來(lái)，各大農(nóng)藥公司也加緊了對(duì)飛防藥劑的研發(fā)，無(wú)人機(jī)施藥勢(shì)必會(huì)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)作物生長(zhǎng)調(diào)控和病蟲(chóng)草害防控的重要方式。