王躍文 曹亞靜 王愛文

(1.廣東科貿(mào)職業(yè)學院，廣東 廣州 510430；2.廣州華夏職業(yè)學院，廣東 廣州 510430；3.邢臺學院，河北 邢臺 054001)

1 農(nóng)業(yè)噴灑發(fā)展現(xiàn)狀

我國南方地區(qū)，尤其是在廣東、廣西以及云南等省份，大多屬于丘陵地形，人工對植物進行噴灑藥物的勞動強度大，噴灑的均勻度相對較差。我國無人機正處于推廣應用的階段,幫助農(nóng)民減輕工作量,提高資源利用率，實現(xiàn)精準作業(yè)[1]，加快我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展,更好與國際接軌，已經(jīng)勢不可擋。

長期以來，對于病蟲害的防治措施主要采用人工噴灑農(nóng)藥，而人工噴灑存在嚴重效率低、效果差等問題。因此，發(fā)展智能噴灑農(nóng)藥技術(shù)，顯得尤為重要。無人機智能技術(shù)在國外的發(fā)展較為迅速，一些發(fā)達國家的無人機控制技術(shù)已經(jīng)十分成熟。近年，國產(chǎn)無人機公司像大疆、極飛等興起，無人機智能技術(shù)也在隨之迅速崛起。無人機智能噴灑以其高效率、安全性好等優(yōu)勢，迅速成為關注的焦點。隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，把先進的無人機及技術(shù)應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上已經(jīng)得到全球共識。

國外，日本率先將無人機應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也是目前世界上無人機應用度較高、作業(yè)較成熟的國家。在人口老齡化程度高的日本，勞動力大量短缺。大部分耕地屬于山地，這個和我國南方地區(qū)較為相似。在這樣的條件下，采用無人機智能噴灑應運而生。采用無人噴灑農(nóng)藥，作業(yè)效率高而且勞動強度低節(jié)約成本，同時不受地形和長勢的限制[2-4]。1987年，日本雅馬哈公司率先應用20kg無人R-50，成為世界上第一個使用農(nóng)用無人機噴藥的國家。目前登記在冊的田間作業(yè)無人機2000多架，防治面積達到100萬hm2，無人機施藥已占總施藥面積的50%以上，是無人機應用最成熟的國家[4-6]。在日本，政府、農(nóng)業(yè)協(xié)會社會團體和個人都會擁有一定數(shù)量的農(nóng)用無人機。同時保險公司會為其提供保障，無人機公司為操作者提供為其一個人的培訓服務。在員工有專業(yè)技能的同時提供保險服務。在無人機使用過程中出現(xiàn)問題時，可以到就近的售后服務點進行維修。日本的無人機技術(shù)與服務均已達到了非常成熟的地步，無人機的市場占有率達到60%以上[7]，值得我們國家學習。集中世界上最先進國家的美國，主要研究方向為精準農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)方面，但是無人機智能噴灑也引起了高度的重視[2,8]。由于美國主要市大型農(nóng)場的作業(yè)模式，因此主要采用有人駕駛的固定機翼飛進行作業(yè)，其中美國的水稻作業(yè)已經(jīng)完全采用有人駕駛的智能噴灑方式。在其他的歐洲國家，擁有比較智能的無人機發(fā)展水平，無人機制造公司與無人機服務公司相對比較成熟。在20世紀末，為了保護環(huán)境和安全等因素的考慮，航空噴灑在歐洲是禁用[9]，在2013年納入歐盟民用航空系統(tǒng)[10]。另外在韓國、澳大利亞、加拿大等國也在將無人機應用在智能噴灑。

2 現(xiàn)階段存在問題

缺少完善標準，助力農(nóng)用無人機推廣沒有明朗的理論依據(jù)。國家在對無人機在飛行、運營、安全監(jiān)督與管理等方面存在嚴重不完善等情況，無人機智能噴灑還處于發(fā)展初級，有待完善。同時，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)市場涌現(xiàn)出一大批無人機生產(chǎn)廠家。但是國家還沒推出一套完整的鑒定標準，這一問題就導致我國生產(chǎn)的無人機質(zhì)量良莠不齊，在實際生產(chǎn)過程中常常出現(xiàn)這樣或者那樣的故障，例如電池沒電、操控手柄失靈等。這些問題的存在導致其難以真正地投入到生產(chǎn)實踐中。

安全隱患存在。一直以來在光是媒體曝光的事故已經(jīng)有多起，在北京、武漢、杭州等地區(qū)都出現(xiàn)一些作業(yè)事故。有些問題是受先天條件限制，而有些則是由于操作不當導致事故發(fā)生。由于無人機是遠程控制手柄控制的這種操作方式，在高壓線附近，森林密集區(qū)域和存在高磁場附近都會存在很大的安全隱患。無人機操控專業(yè)性較強是大家都知道的，必須由專業(yè)飛手來進行操作，如果作業(yè)之前不向民航報備，稍不注意就容易造成違規(guī)飛行，嚴重影響民航正常運行。

農(nóng)戶對無人機的認可度低。我們目前從事農(nóng)業(yè)耕種的大部分是中老年人群，他們主要的噴灑方式采用人工噴灑。而無人機智能噴灑是屬于智慧農(nóng)業(yè)領域重要的一部分，農(nóng)民對于新生事物的接受還需要一個漫長的過程。另外，無人機較為昂貴，一次性投入太多，在一定程度上也限制了無人機噴灑的難度。

3 農(nóng)用無人機在我國未來的發(fā)展趨勢

我國疆域遼闊、地勢復雜多樣，大部分以個體為單位的小地塊農(nóng)田，大型的農(nóng)用有人駕駛飛機噴施作業(yè)顯得力不從心，大型農(nóng)用有人駕駛飛機在田間作業(yè)時，無法規(guī)避農(nóng)戶住宅、不能進行超低空噴施、高空噴施農(nóng)藥不精確致使漂移量過大等特點使其無法很好的完成農(nóng)藥噴施作業(yè)，作業(yè)存在極大的困難。因此，研發(fā)適合國情的無人噴灑方式勢在必行，實現(xiàn)機械化、自動化、智能化是未來無人機噴灑的主要發(fā)展方向。

機械化。小型化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人工手動背負式噴霧器以其價格優(yōu)勢占據(jù)了近八成的農(nóng)機植保市場[11]。針對現(xiàn)在人工同時人工噴灑存在嚴重的問題。一方面，人工噴灑農(nóng)藥，適用于小面積，低矮作物，引起作業(yè)人員中毒的概率為85%左右據(jù)不完全統(tǒng)計，全國農(nóng)業(yè)農(nóng)藥施肥作業(yè)過程中引起中毒事件的數(shù)高達10萬余人，死亡人數(shù)占10%以上，勞動強度大，作業(yè)效率低[12]。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的人工噴灑作業(yè)效率極其低，一天的作業(yè)效率幾乎達不到一畝。就目前國內(nèi)的形式而言，從事農(nóng)耕的大多數(shù)是老年人，發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化顯得尤為重要。

自動化。在復雜地形中由于作物保持一定的高度差，對于確保噴灑效果顯得尤為重要。面對不同的作物，做到自動調(diào)節(jié)高度、軌跡。尤其是針對一些相對高大的植物。為了保證達到一定的噴灑效果，只是在植物頂部噴灑是完全不夠的。這里就需要對植物的生長形狀進行自動識別，接著自動規(guī)劃邏輯路線，對植物頂部之外的四周進行噴灑。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，不再是一臺無人機的單獨作業(yè)，通常需要多臺無人機協(xié)調(diào)作業(yè)。在這里可以利用自動控制技術(shù)，實現(xiàn)多臺無人機定時、定點相互配合協(xié)調(diào)作業(yè)，保質(zhì)保量地完成農(nóng)業(yè)噴灑作業(yè)。

智能化。因為從事農(nóng)業(yè)作業(yè)的大多數(shù)是老年人，對農(nóng)業(yè)機械智能化的呼聲越來越高。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械的智能化程度還是遠遠不夠。提高無人機性能，推進智能化發(fā)展進程，需要我們根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境調(diào)節(jié)速度，有選擇性的同時自動的避開障礙物，保證整個無人噴灑過程的智能化、便捷性。智能化的發(fā)展能夠為智能噴灑的應用范圍進一步提高，為無人噴灑的發(fā)展提供了廣闊的空間。

4 結(jié)語

落后的農(nóng)業(yè)人工噴灑將逐漸被機械化、自動化、智能的新一代無人機噴灑替代。高效無人機噴灑技術(shù)的出現(xiàn)，對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有巨大的現(xiàn)實意義，在提高作業(yè)效率的同時還能提高作業(yè)質(zhì)量。無人機智能噴灑必將頻繁應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個方面，同時成為一個巨大的市場，前景令人期待。