李傳永 韓鑫

隨著無人機更加民用化，多旋翼無人機技術的發(fā)展成為農業(yè)植保領域的一個重要研究方向。目前多旋翼無人機已經被廣泛應用于各個領域，尤其是農業(yè)植保作業(yè)，相比傳統(tǒng)的農業(yè)植保機械具有顯著的優(yōu)勢。

一、傳統(tǒng)農業(yè)植保的局限性

傳統(tǒng)農業(yè)植保主要依賴于人工操作，包括手工施肥、手工噴藥和手工除草。這些作業(yè)模式在過去長時間內一直是主流，但隨著農業(yè)規(guī)模的不斷擴大和現(xiàn)代農業(yè)技術的發(fā)展，傳統(tǒng)農業(yè)植保方式逐漸暴露出一系列問題。

（一）低效率和高成本

傳統(tǒng)農業(yè)植保依賴人力操作，勞動力成本高，效率低下。大面積農田作業(yè)周期長，顯著制約了生產效益的提升。

（二）受天氣和環(huán)境條件限制

人工操作容易受到天氣、地形等自然條件的制約，例如在惡劣天氣下難以進行作業(yè)，導致施肥、噴藥等工作無法按時完成。

（三）施藥不均勻

由于人工操作的限制，施肥和噴藥過程中難以實現(xiàn)均勻覆蓋，可能導致部分農田受到過度或不足的施藥，影響作物的生長發(fā)育。

（四）資源浪費和環(huán)境污染

傳統(tǒng)農業(yè)植保中常使用的化肥和農藥在施用過程中存在浪費，同時可能導致土壤和水源的污染，對生態(tài)環(huán)境造成負面影響。

（五）難以滿足現(xiàn)代農業(yè)需求

隨著農業(yè)生產方式的變革和農田規(guī)模的擴大，傳統(tǒng)農業(yè)植保方式已經難以滿足現(xiàn)代農業(yè)對高效、精準、可持續(xù)發(fā)展的需求。

二、多旋翼無人機在農業(yè)植保中的應用

（一）作物巡查與監(jiān)測

多旋翼無人機通過搭載高分辨率的多光譜和紅外相機，實現(xiàn)了對農田的全面巡查與監(jiān)測[1]。通過拍攝農田圖像，無人機可以識別植被指數、土壤濕度等關鍵指標，幫助農民了解作物生長狀態(tài)、水分狀況，及時掌握農田的健康狀況。

（二）病蟲害監(jiān)測與早期預警

多旋翼無人機搭載紅外像機和高精度傳感器，能夠及時發(fā)現(xiàn)農田中的病蟲害問題。通過機載攝像頭捕捉作物表面的異常情況，利用圖像識別技術進行病蟲害分類和定量分析，為農民提供早期預警和精準施藥的依據。

（三）精準施藥與施肥

多旋翼無人機在農業(yè)植保中的關鍵應用是精準施藥和施肥。無人機配備智能控制系統(tǒng)，根據作物需求和農田實際情況，實現(xiàn)定點、定量、定時的施藥和施肥，減少了農藥和肥料的浪費，提高了施用效果。

（四）農田水土保持與灌溉管理

多旋翼無人機通過搭載各類傳感器，能夠監(jiān)測農田的土壤濕度、植被覆蓋情況等信息，為水土保持和灌溉管理提供科學依據。通過智能算法分析數據，幫助農民合理制定灌溉計劃，提高水資源利用效率[2]。在以色列等水資源緊缺的地區(qū)，研究者通過多旋翼無人機監(jiān)測土壤濕度和植被狀態(tài)，結合氣象數據，實現(xiàn)了對農田的精準灌溉管理。這種技術有效地減少了水資源浪費，提高了農田的生產力。

三、存在問題

（一）飛行時間短

多旋翼無人機由于電池容量和能量密度的限制，飛行時間相對較短，一般在20～40min之間。這意味著在大規(guī)模農田中的長時間監(jiān)測和作業(yè)需求無人機頻繁返回充電，降低了作業(yè)效率，增加了農業(yè)生產的操作難度。此外，天氣條件、作業(yè)負載和飛行高度等因素都會對飛行時間產生影響。

（二）承載能力有限

多旋翼無人機由于結構和動力系統(tǒng)的限制，其有效載荷相對有限。這使得無人機在施肥、噴灑農藥等作業(yè)中每次能攜帶的物質量有限，需要頻繁補給，從而影響了大面積農田的高效作業(yè)。

（三）智能化水平待提高

盡管無人機搭載了高分辨率傳感器和像機，但在實時數據處理、智能決策方面，仍然有待提高。缺乏強大的處理能力和先進的算法，可能導致數據分析和應用的延遲，降低了在實時作業(yè)中的精準性和靈活性。

（四）法規(guī)和標準化的不足

農業(yè)植保涉及到大規(guī)模飛行活動，缺乏統(tǒng)一、完善的法規(guī)和標準化體系，導致了行業(yè)內的管理混亂和安全風險。對于多旋翼無人機的飛行高度、飛行路線、作業(yè)時間等方面的規(guī)范不明確，可能導致不同農場或地區(qū)的飛行沖突和作業(yè)干擾。

（五） 數據隱私和安全問題

多旋翼無人機在農業(yè)植保中產生大量的農田和作物數據。然而，如何保障這些數據的隱私性和安全性仍然是一個亟待解決的問題。在數據傳輸、存儲和處理過程中，可能存在黑客攻擊、信息泄露等潛在風險，特別是在數據共享的情境下[3]。

（六）初投資成本較高

多旋翼無人機的購置、維護和培訓成本相對較高，這對于農戶和小農場而言是一個較大的負擔[4]。初投資的高成本可能阻礙了廣大農業(yè)從業(yè)者采用該技術，尤其是在農業(yè)生產收益相對較低的情況下。

四、發(fā)展趨勢

（一）技術創(chuàng)新與性能提升。未來多旋翼無人機將通過材料、電池和動力系統(tǒng)的創(chuàng)新，提升飛行時間、承載能力和智能化水平，以更好地適應農業(yè)植保的需求。

（二）法規(guī)與標準的完善。隨著多旋翼無人機在農業(yè)中的廣泛應用，相關法規(guī)和標準將逐步完善，確保無人機的安全運行和合規(guī)性。

（三）數據隱私與安全保障。針對數據隱私和安全問題，未來將強化無人機數據的加密傳輸、隱私保護和安全存儲，建立更加健全的數據安全體系。

（四）降低成本和提高性價比。針對成本問題，未來多旋翼無人機技術將朝著更經濟實用的方向發(fā)展，提高性價比，降低農民和企業(yè)的使用門檻。

（五）行業(yè)協(xié)同和生態(tài)建設。多領域的協(xié)同發(fā)展將成為趨勢，農機、農藥企業(yè)與技術提供商合作，構建完善的農業(yè)植保生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)技術、資源、數據的共享與互通。

參考文獻：

[1]陳楊.基于無人機遙感開發(fā)平臺的草莓生長狀況快速監(jiān)測研究[D].浙江大學，2020.

[2]籍延寶，姚鑫鋒，袁濤，等.淺談智慧農業(yè)[J].上海農業(yè)科技，2019（05）：138-139.

[3]葉茜.大數據時代信貸風險控制研究[D].江西財經大學，2017.

[4]賈宜霖.多旋翼無人機果園植保作業(yè)規(guī)劃及服務系統(tǒng)研發(fā)[D].山東農業(yè)大學，2022.

（作者單位：山東理工大學農業(yè)工程與食品科學學院）