无人机在现代蔬菜生产的应用与前景展望_赵皓然.pdf

JOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLES2023.7设施蔬菜机械化特约栏目主持：陆春胜上海市农业机械研究所推广研究员，总工程师，从事园艺设施、农业机械的设计开发与农机先进适用技术的推广工作目前主攻蔬菜收获机械研发。先后主持与参加完成国家与上海市科技兴农项目等10余项，曾获得国家科技进步二等奖1项、国家级新产品奖1项、上海市科技进步奖2项、上海市优秀新产品奖2项，发表论文10余篇。导读：随着社会的发展，无人机作为智能新型设备，因具有结构简单，成本较低，受空间限制比较小，操控遥感一体化的优势而被应用于设施规划、大田测绘、喷施飞防等多个蔬菜生产领域，为现代农业的发展提供了强有力的科技支撑。本文简要分析了无人机技术在蔬菜生产中的应用优势、短板，展望了无人机在蔬菜生产的应用前景，以期促进该项技术的推广与应用，为我国蔬菜产业病虫害防控、稳产保供提供新思路。无人机在现代蔬菜生产的应用与前景展望赵皓然王文静黄瑞灵刘子衡无人机是无驾驶员的轻便型电子遥控装备，主要通过无线电遥控操纵，其特点是轻便灵活、功能丰富、安全可靠。我国农业无人机发展始于2004年，2010年开始试点应用，现如今已大规模推广，其间不断迭代更新，新型农业无人机功能齐全、安全可靠，为我国现代农业的发展做出了巨大贡献，并在未来的蔬菜生产中有着广阔的应用前景。农业领域无人机根据体积和电机操控力量，可分为小型、中型、大型3种，其中小型无人机加装摄像头，主要用于地块监测、绘图等信息服务；中型和大型无人机通过改装机械臂可以装载农药、水肥进行大田喷施。无人机操控员可以通过不同的农业无人机装备提供地块勘测、种子播撒、农药施用、消灭火情等全方位的现代农业服务，保障蔬菜生产的有序进行。1无人机技术在现代蔬菜生产中的应用现状与优势1.1应用现状无人机在2011年开始应用于蔬菜生产，作业领域为植保飞防，整体为无摄像头接口的老式钢架遥控型号，地面有操控人员通过无线电信号进行操控，携带农药进行空中喷洒。在我国农业现代化集约化生产工程中，无人机不断迭代更新，现代无人机智能化程度高，轻巧灵动，在我国东南地区、东北地区和中部地区均有广泛的应用。北京市昌平区阳坊镇，已建立了全国首个蔬菜无人农场，在甘蓝和辣椒种植过程中，由无人机进行统防统治，极大程度节约了人力物力成本，为蔬菜种植提供了新的研究方向。兰州市榆中县夏官营镇赵皓然，开封市祥符区农业农村局，河南，475100，E-mail：王文静，黄瑞灵，开封市祥符区农业农村局刘子衡，开封市祥符区农业科学研究所收稿日期：2023-03-0614-JOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLES已开启无人机打喷药替代人工施药种植模式，减少了农户在喷洒农药过程中身体受损或中毒等安全事故的发生，同时有效解决了用药不科学、施药不均衡、成本高等难题。目前，全国蔬菜种植产业中，无人机的应用已经相当广泛。1.2应用范围无人机在蔬菜种植中应用广泛，主要应用在辣椒、大白菜、生菜、甘蓝等生产上，主要用于蔬菜植保飞防，也可用于大棚规划设计、水肥飞洒、地块信息监测。无人机智能化程度高，从起飞到降落均由地面操控人员进行控制，可导入程序，实时定位所作业的农田地块，通过摄像头进行影像捕捉和数据抓取。在无人机对影像和数据进行捕捉的同时，即可形成图像传输至地面，农业技术人员可以通过数据和图像整理进行分析，从而对蔬菜大田生产和设施大棚等规划进行一定的科学判断。当蔬菜田内存在病虫害或长势不均的情况，无人机将会进行综合分析并进行框取，地面的遥感系统将会收到相应的预警提醒，此功能同样适用于干旱高发季节的火情控制。大面积蔬菜田如果通过人工或地面农机则费时费力，同时缺少宏观视角下的精准控制，而中型无人机则可以完美克服这些缺陷，以最低的成本进行大规模精细化管理。当蔬菜发生旱情时，可利用大型无人机吊装水箱或水袋进行喷淋，通常大型无人机的装载量高，可在既定范围内对农田进行往返2次喷淋，保证“雨露均沾”，不会在某一地块进行漫灌。1.3应用优势无人机没有驾驶员，在整个飞行途中均由地面工作人员进行操控，因此可以充分保障安全生产。蔬菜生产中的主流品牌无人机信息频段为加密状态，信息传输稳定，抗干扰能力强，且其塑料、合金结构通常是绝缘材料，在飞行过程中如果不小心触及电线或其他高层带电设备，不易诱发短路。高端农业无人机还具有主动避让和紧急滞空的功能，当遇到飞鸟群或空中移动物体时，可立即启动该功能，在保护人和建筑物不受坠落伤害的前提下，以最科学的状态在空中滑行或停滞。特定的电脑程序写入后，无人机可以自动控制机械臂或储物架的开关，当不需要投放农药、肥料和种子的时候，它就会牢牢地抓稳抓牢这些物品，而到达特定作业地块时，则可以通过驾驶员给出的指令进行喷洒或投放，实现精准化作业。依托于无人机可靠安全的特性，现代化农业生产更有保障。2无人机技术在现代蔬菜生产中的应用短板2.1成本较高小型无人机价格均在5 000元/台以上，且配件价格高昂，保养成本高，普通农户一般负担不起。此外，无人机在优质蔬菜大田作业中能够发挥出很大的优势，其喷洒农药和水肥、播种过程中能够有效节约人力物力成本，但面对低成本蔬菜，则作业成本相对较高。有些蔬菜在生长初期，叶茎边缘生长的关键阶段，以及分化、授粉初期，通常在根部喷施农药和化肥，自上而下喷洒不仅价格高，而且可能出现烧叶的情况，对蔬菜生长起到一定的不利影响。以河南地区为例，租用一架中型无人机进行农药喷施，通常费用为3 000元/天，人工成本为500元/人，高昂的成本，往往让一般农户放弃无人机作业。2.2缺少人才无人机的好处显而易见，但无人机作为电子设备，较依赖地面控制，对控制员的要求也相对较高，不仅要求其掌握绘图技术、遥感技术，同时还需要掌握稳定的无人机飞行控制技巧，通常农业无人机田间作业业务集中在某些区域的农业科技公司，乡镇、村内缺少懂技术的人才。短期培训出的无人机控制员虽然能够进行田间播种和水肥、农药施用，但面对后期的数据整理归纳，图像的合成以及构图则显得有些吃力。同时，国内缺少大型的农业无人机协会，技术交流上存在壁垒，这就导致会操作的人有一身本事，但是后继无人，而刚入门的人虽然中型无人机进行蔬菜田间飞防集测绘、遥感、喷防为一体的现代无人机设施蔬菜机械化2023.715-JOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLESJOURNAL OF CHANGJIANG VEGETABLES懂些皮毛，但面对复杂的情况以及后期多样化的数据处理则手足无措。因为无人机的遥控特性，面对突发情况时，无经验的操控人员可能出现坠机、触碰高层建筑的情况。2.3续航较短主流小型农业无人机通常是电力驱动，电池容量的大小决定了该类型无人机续航时间的长短，这一类无人机续航时间大概1 h，在大田生产中往往需要备用电池或充电设备保障续航，面对长距离飞行勘测时，小型无人机无法保证高效的长时间作业，频繁更换电池或充电会降低生产效率，面对虫害或火情时，有可能耽误农业生产。中大型无人机一般是燃油驱动，因为有储物架，所以装载的油箱相对较小，而飞行器的发动机往往比其他农业机械耗油快，而且中、大型无人机飞行器载重量相对较高，无形中增加了油耗，在短时间的飞行作业中可以提高效率，但在长时间作业中，则可能会因为折返补充燃料，导致农药喷施中出现多喷、漏喷的现象。因此，提升无人机的续航能力在现代农业生产过程中非常有必要。3无人机技术在现代蔬菜生产中的应用前景3.1更低成本、更智能化现代蔬菜生产中，产品的产量和质量至关重要，无人机作为安全高效的农业设备，具有更高的使用价值和推广价值。批量制造规格统一的高质量无人机，降低制造成本，压低价格，使小农户也可以负担得起。新型智能化无人机植入了智能化自控系统，不再过分依赖于地面控制，无人机操控员只需要在突发情况时进行判断、选择操作即可完成无人机的控制，同时建议开发出无人机农业生产相关的App，实现物联网协同化管理，使农民在家用手机联网即可完成无人机的起落、充电、燃料补充、农业生产等相关操作。无人机后台应用程序更加完善，当无人机完成农业生产时，会上传相关数据至后台程序，后台应用自动甄别地块完成绘图，并完成数据整理形成报告。3.2更多技术人才、更大应用范围无人机在蔬菜生产的应用前景广阔，技术人才是未来无人机项目的研发应用以及推广的重要力量，但目前技术人员缺口较大。人才培育的主要方向是培育高素质农民，提升农民的整体素质水平，接纳和认可无人机技术，为无人机技术的应用与推广提供人才保障。目前无人机技术尚未完全成熟，仍有诸多短板需补齐，未来的无人机发展应当依托于科研，发展于农业，成就于人才，应逐步加大科技研发的投入力度，吸引更多科研人员和高水平人才加入到无人机的研发、推广和应用中去。无人机的适用范围也在不断扩大，在蔬菜生产、植保、勘测，以及产品收获中都有一定的应用，全方位服务蔬菜生产。3.3更强续航、更安全目前无人机的使用很大程度上受限于续航时间，可以通过精简结构，使无人机更轻便灵巧。同时，改进电池容量和油箱容积，从而增加飞行距离和提高飞行稳定性，以在长时间作业工程中能够减少电池更换和燃料补充次数。可采用高碳素材料替代塑料，避免出现螺旋桨断裂解体情况，提高安全性；植入更可靠安全的喷施程序，实现全过程实时动态监测，实现精准化作业。逐渐推广应用农业无人机的自控技术，降低对地面控制的依赖程度，最终实现全自动无人机农业作业技术。4结论农用无人机技术的应用与发展，为蔬菜病虫害防治、精准作业等提供了巨大的帮助。农用无人机具有结构简单、成本较低、操控方便等优势，在蔬菜生产中得到了广泛应用，主要进行蔬菜植保飞防与地面遥感等工作，可以进行种子播撒、肥料喷洒等作业，是保证蔬菜高产、稳产及发展精准农业的重要技术之一。未来，在蔬菜生产上，无人机会不断降低人工操控的依赖性，飞行状态会更加稳定可靠，信息采集会更加精准全面。本研究系统阐述了无人机在蔬菜生产中的应用范围，技术优势和短板，并提出了发展应用前景，以期为推动无人机技术在精准农业上的发展提供技术参考与理论依据。参考文献1程建波，公丕臣，顾明成，等.植保无人机的应用现状及发展趋势J.农机使用与维修，2019（7）：18-19.2傅东兴黑龙江省农用植保无人机的发展现状及前景展望J.农机使用与维修，2022（2）：36-38.3曹智植保无人机避障喷雾路径规划的研究D.镇江：江苏大学，20214倪弦之，胡一鸿，罗思荃，等农业植保无人机的发展与应用J.现代农业科技，2022（11）：99-102.5成子怡，吴阿敏，王政浩，等植保无人机的应用及发展J.农机使用与维修，2022（3）：100-102.2023.7设施蔬菜机械化16-