（7月整理）无人机农业技术中应用前景

　 无人机在农业技术中的应用前景

　 1 无人机在农业技术中的应用前景 数字农业技术应用论文 摘要:

　无人机正在为农业提供一种现代化的高效率、低成本的生产方式，渐进地帮助农民改变传统农业事必躬亲，粗放的生产生活方式。适应性广，遥感操纵，空中作业，不受地形环境约束。提高作业安全性，作业人员远离施药区域，不受农药危害，防止效果好，面临突发虫害有很强突击能力。无人机将会是由繁重的体力劳动、高成本、低效益向解放生产力、低成本、高效益转变的重要手段，无人机技术的深入和使用，将使现有的农田耕作变得更高效、更节约资源和环境友好。

　关键词：无人机（UAV）；无人固定翼机;嵌入式系统技术;植保无人机

　1、无人机在农业上的应用现状

　无人机是一种机上无人驾驶的航空器，其具有动力装置和导航模块，在一定范围内靠无线电遥控设备或计算机预编程序自主控制飞行。起飞时不需要跑道, 其独特的飞行能力是其它一些飞行器不具备的。目前, 美国已开展了无人机(UAV)的航空喷洒方面的研究, 日本从 20 世纪 90 年代起将遥控直升机用于大田作物、果树和蔬菜的病虫害防治 , 从而实现合理施肥和农作物品质管理, 还可判断作物( 主要是水稻) 的生长状态。1990 年,日本山叶公司率先推出世界第一架无人机, 主要用于撒布农药。据 2006 年统计数据资料显示, 日本水稻种植面积近 1 692khm2, 且经营规模相对较小, 常规的地面装备难以适应, 而无人机因其尺寸小、操控灵活、喷洒效果好等优点, 在日本进行农业生产已成为发展趋势之一。目前, 国内通用轻型无人机主要有蜜蜂 16 共轴式无人驾驶直升机, Z- 3 无人直升机, WD100 型无人直升机和天鹰- 3 等。

　2、无人机在我国农业上应用发展空间

　 我国是一个传统的农业大国，随着粮食产量“十连增”，农业生产进入到新的阶段，提高农产品质量、降低 农产品生产过程中的污染、对各种灾情具有预判能力等问题相对突出。

　而当今世界正在进行着绿色农业、有机农业、精准农业的技术革命, 还将实施更先进的数字农业。农业病虫害的防治等问题依然是农业生产的重点内容, 是保证农业高产、高质, 实现农业经济可持续发展的基础。我国丘陵山区占土地总面积的 61%, 但丘陵山区是我国水稻、油菜等主要农作物的主产区, 在丘陵山区采用普通的地面装备难度较大。水稻生产在我国处于战略地位, 据资料显示, 我国历年水稻病虫草害的防治面积约占 35% 。由于稻田不同于旱地的特殊条件, 使得地面装备行走困难。此外, 湿地、滩涂、林地等特殊地形也不适合地面装备作业。因此, 我国要想在这些丘陵山区仅靠地面喷洒装备实现植保机械化很困难。必须结合现代化的无人驾驶空中作业技术, 才能构成完整的机械化植保体系。尤其是在解决一些罕见或者大型的突发自然灾害时，更起到了不可或缺的作用。人工喷洒农药一直是田间工

　 2 作最危险，最累的工作。据中国植保咨询网 2009 年 9 月 1 日报道，我国每年农药中毒人数有 10 万之众，致死率约 20%。农药残留和污染造成的病死人数至今尚无官方统计，想必更是一个惊人数字。而发达国家近 20 年来一直都用无人机进行农药喷洒。在我国, 由于缺乏先进的无人机喷洒技术和控制装置, 使我国无人机喷洒的应用水平与我国地区农业的发展需要不适应, 与国外相比差距较大,在 20 世纪 50 年代，我国就也开始了农业航空喷洒的研究及应用，主要对森林、农垦区进行大规模的农田喷洒作业。目前，我国拥有农用有人驾驶固 定翼喷洒飞机 140 余架，直升机 60 余架。

　但是，我国仍有较多的地区不适用于大型 有人喷洒飞机的使用，无人机喷洒成为了 一个新兴的农用设备产业，虽然农业用喷洒无人机在我国仍处于刚刚起步的阶段， 但是喷洒无人机的应用将成为近年来发展最快的一个新兴领域。

　3、无人机在植保，喷洒方面的应用 我国农作物防病防虫主要依靠机械和人工手动进行，全国防治病虫害面积 2 亿 hm2，现在大部分仍是使用上亿台的手动喷雾器和地面动力喷雾器，每年需补充喷雾器就达到 100万台。且由于人工防治工效低，不能实现大面积的统防统治，加上病虫的蔓延和迁移，防治效果差，且农药的使用不断增加，使农产品残毒量增大，品质降低。

　由于农作物株高和密度的限制，机械难以进入地块喷施农药，即使选用先进的农药喷施机械也会对农作物植株造成一定面积的损伤，影响产量。人工手动喷雾器和背负式喷雾器存在的不足，1 个人 1 小时只能喷 1 亩地左右，不仅作业劳动强度大，作业时间长，长时间在农田里喷施农药，透风透光性差，容易引起作业人员药物中毒，同时作业质量差，受药面积和受药程度不均匀，达不到预期效果，在对高大密集型农作物作业时更是无能为力，导致防病虫或除草失败，这也是目前制约农作物全程机械化的主要技术瓶颈。

　无人机越来越多的应用于农林作业，特别是在农业植保方面的应用，以其高效、快速、成本低的优势得到了广大农村集体经济组织和农户的欢迎。农用无人直升机喷洒飞行速度为 3m/s，喷洒装置宽度为 3-4m，作业宽度为 4-8m，并且能够与农作物的距离最低保持在 1-2m 的固定高度，规模作业能达到每小时 80-100 亩，其效率要比常规喷洒至少高出 100 倍。

　相对于固定翼飞机，无人机重量轻，体积小，机动性好,不需要专业跑道，在草坪和平地都能起降，非常适合我省地形复杂范围农作物农药喷雾作业。无人机在农业作业中，飞行速度、与农作物距离、喷洒高度等都可以根据农作物的需要进行灵活的调整。专业农用无人机与农作物的距离最低可保持在 1-2m 的固定高度，规模作也能达到每小时 80-100 亩，其效率要比常规喷洒至少高出 100 倍。不会造成农药喷洒过度的现象，精准农业无人机与现有常规施药机械比较，作业效率可提高 10 倍以上，农药有效利用率 35%以上，节省农药使用量 20%以上，为我国水田及其他农作物植保作业提供了全新的施药技术与装备，对于提升我国机械化植保作业的技术水平、推广

　 3 航空施药技术具有重要意义，相关成果具有良好的推广应用前景。其作用与优势具体表现为：作业效率高，弥补劳动力的短缺，有利于专业化统防统治的实施；低量喷雾节省 90%的水和 50% 的农药，有利于土壤健康质量，节省施药成本；有利于农业高新技术推广和应用；空中作业不受地形影响，解决人工、地面机械受环境影响无法作业的问题；并避免因食入农药过量的农产品而危害人体健康的事件发生；也不会因农药喷洒不够而消灭不了病虫害导致农作物减产。环境污染的情况可以大大改善，采用远程操纵飞机，在无人直升机的飞行高度内，在田间地头起飞对农作物实施作业，无人直升机采用远距离遥控操作和飞控导航自主作业功能，只需在喷洒作业前，将农田里农作物的GPS 信息采集到，并把航线规划好，输入到地面站的内部控制系统中，地面站对飞机下达指令，飞机就可以载着喷洒装置，自主将喷洒作业完成，完成之后自动飞回到起飞点。而在飞机喷洒作业的同时，还可通过地面站的显示界面做到实时观察喷洒作业的进展情况。（无人机自动导航作业基于 GPS 技术和嵌入式系统技术,设计可实现自动规划边界、自动规划航道、计算农田面积、实时飞行轨迹的农用飞机作业飞控导航系统。）

　喷雾药液在单位面积上覆盖密度越高，越均匀，防治效果也会越好。无人机大多为螺旋机翼作业高度比较低，桨叶在旋转时会在下方的农作物上形成一个的紊流区，喷洒农药时可以翻动和摇晃农作物。因此，采用超细雾状喷洒比较容易透过植物绒毛的表面形成一层农药膜，同时能将部分农药喷洒到茎叶背面，从而，均匀而有效的杀灭病虫害，这是目前使用人工和其他喷洒设备无法做到的喷洒效果。较少了农药飘失程度，并且药液沉淀积累和药液覆盖率都优于常规，因此防治效果也比传统的好。与此同时，采用无人机喷雾时，通过改变飞行高度可以自动适应不同作物高度，无需增加农作物的变地隙成本。并且无人机折旧率低，油耗量小，作业人工成本不高，而且还易于维修，大大减少了成本。我国农业农村经济发展已朝着现代化，市场化，知识化，生态化，和可持续化相互协调发展的方向发展。我国是农业大国，应用无人机作业具有相当大的经济和社会价值。无人机超高的工作效率和劳动力、农业投入成本的节省节约，大大增加了农民的经济效益。

　4、无人机在农田分析与农作物监测的研究

　 对于大面积的农业管理，普通观察无法全面地了解农作物的生长周期，农田信息监测延迟，进而影响农作物成熟收获最佳期的决策。在一些大型农场中，农民更是不可能对每一块耕地的土壤状况都了如指掌，只能对大规模的农田采取统一的种植和作业方式。而农用无人机的出现和应用就很好地解决这个问题。无人机系统可通过对于大面积的农田、土地进行航拍，从航拍的图片、提供高质量的图片。无人机的机身上安装有特殊的光谱分析仪，和热像仪可以提供多层次的图片，既可以采集到普通的视觉光谱照片，也能拍摄红外线照片，帮助农民发现肉眼无法看到的作物健康问题它能像“福尔摩斯”一样，很快判断出茫茫田野中谁病了，患了什么病，同时还能携带药物对患病植株进行一对一精细治疗，帮助农民提高喷洒杀虫剂的精准度，避免不必要的浪费。通过无人机，农民可以及时了解、跟踪每块农田的土壤状况和作物长势，全面地了解农作物的生长周期，选择农作物成熟收获最佳期等。不仅能精准地发现问题，并且还可以采取应对措施，把损失降到最低，从而达到收益最大化。无人机未来应用的最大潜力，也将表现在精准农业上。全面地对农田信息做到了有效全面监测，促进了科技成果在农村的转化，加速发展现代农业和农村工业化进程，推动了中国特色新农村建设。

　 4 无人机作用 5、无人机在农险理赔中的应用

　由于农作物生长特殊性和自然灾害突发性，加大了农业保险查勘定损难度，查勘不及时、定损不准确等问题。将无人机应用到农业保险赔付中，有效解决了农业保险赔付中勘察定损、缺少时效性等问题，大大提高了勘察工作的速度，节约了大量的人力物力。让农民在第一时间拿到农业保险补偿，保障农民利益。

　6、无人机在农业其他领域中的应用

　 无人机每周、每天甚至每小时都可以飞一次，可以提供按时间排序的动画，演示作物的生长变化，为更好的作 物管理提供机会或者发现问题。第提供农业地块的正射影像图、数字线划图、权属界线图为工作底图，调查每块承包经营土地的面积、位置、形状、权属和空间分布等情况。中软国际通过和航天科研机构合作，自主研发了一套基于农业无人机的农情遥感信息采集标准和基于无人机的农情遥感信息处理、融合和服务平台，能够实现一系列基于无人机高分辨率影像数据的精准农业应用解决方案，具体包括农业用地资源管理与动态监测、农作物估产与动态监测、农村土地确权问题.

　农村土地确权是目前国家正在实施的一项基础数据调查工作，利用无人机低空飞行可较好地代替有人飞机进行航拍，节约了大量的人力物力，提高了工作效率。农场管理规划系统也是农田生产中一个重要的组成部分，可以利用无人机携带 移动基站，将大面积无线监测的数据收集回来，可以减少很多固定基站的建设投入。

　7、结语

　 无人机与有人机相比，具有价格低廉、 安全可靠等许多特点，特别适合于大农业中应用。我国农业生产过程正在向信息化、自动 化方向发展，无人机提供的农业参数也将不断地服务于我国农业，使我国的精准农业进程不断加速。无人机作为监测和信息获取手段，正在高速发展我国也正积极研发结构简单、价格低廉的高性能、大载荷农情监测、农药喷施无人机，早日将农民从药物伤害中拯救出来，使我国农业生产早日实现信息化、现代化、精准化和可持续发展，正发挥着越来越重要的作用，成为现代精准农业的尖兵，并将掀开精准农业的新篇章。随着无人机技术在农业发面的应用，将会弥补我国在农业无人机应用领域的空白，同时也标志着我国农业走向高科技的农业时代。

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