我国植保无人机应用现状
作者:无人植保机,农药与剂型,施药技术,施药器械 更新时间:2018-11-30

(接上期)

2.5  无人机在林木中的应用

    森林具有经济、生态和社会三大效益,为了实现林业的可持续发展,满足当今森林资源的精准化监测和信息化管理,无人机及相关技术起到了举足轻重的作用。无人机在林业建设中,主要应用于森林普查、林业资源调查、森林火灾监测和防火以及森林病虫害防治方面。

 

    我国森林面积广阔,对林业资源的调查和森林防火的难度特别大。史洁清等研究利用高精度的无人机遥感影像来对林业资源调查,试验结合摄影测量技术、无人机影像的后处理技术、地理信息系统技术和林业资源调查管理技术,开发了适用于林业资源调查和管理的专业林业资源调查系统,利用无人机影像数据实现林地空间区划和高精度森林调查、信息提取等功能,通过此系统可实现资源数据库的及时更新,极大地缩短了传统调查模式的调查周期,实现了森林资源的科学化管理。许子乾等基于高分辨率无人机影像和激光雷达点云数据估算亚热带天然次生林林分基本特征变量,构建林下高精度数字高程模型,可快速地反映出森林的林分特征。无人机平台森林防火监测与报警具有运行费用少、操作简便、机动灵活等特点,在巡护监测林火中前景广阔。樊浩然等开发一种基于红外探测器对森林起火点进行探测和报警,采用低成本4旋翼无人机为巡检平台,结果表明,该系统能够快速、准确地对起火点进行定位,无需人员实时监视,为森林火灾预防及火灾的快速扑救指挥提供了一种解决方案。

 

    对森林病虫害发生状况进行实时监测并准确评价,是提出防治策略、开展防治工作和提高防治效率的前提。借助于无人机,结合遥感、红外探测等技术对林区病虫害进行观察,可以了解病虫害发生的动态变化、找到病虫害发生的规律、整合分析并预测病虫害流行蔓延的趋势,建立病虫害发生的模型,得出更长期且更有科学性的森林病虫害预测结果。在病虫害发生的初期做好预防工作,避免病虫害的进一步扩散、蔓延。赵鹏研究利用无人机对作物进行监测,不仅能节省大量人力、物力和时间,也能减少调查中人为因素造成的误差。森林内部郁闭,空气流动性差,病虫害防治工作安全风险非常高;由于林木高大,普通喷雾设备难以喷到树木的冠层。根据监测数据,可使用无人机进行定向喷洒,无人机在飞行过程中,旋翼产生的下旋气流使得药滴能够更好地穿透森林层次,提高了药物喷洒的效率,节省了药物和水,并减少了药物与工作人员的接触,更好地保证了工作人员的安全。近年来,航空施药对森林病虫害防治的应用越来越广泛。

 

3  无人机航空施药技术发展前景

    使用无人机对植物病虫害进行防治是提高农药利用率的重要手段。无人机施药在实际生产中展现了诸多优势:① 相对大型固定翼飞机而言,无人机能够控制细小雾滴的漂移,提高药剂在靶标作物上的沉积,减少药剂流失,根据病虫害发生情况,结合先进的遥感技术实现精准施药、减量施药;② 对于高秆作物,在作物的生长后期,人工无法进地施药,使用无人机进行低空施药,可提高机械化施药水平,人机分离施药,减少操作者劳动强度,避免农药中毒等事故的发生;③ 能够通过无人机实现规范施药,提高农药的利用率,减少环境污染。2008年,由于我国“863项目”资助,国内各大科研机构开始着手研制单旋翼无人施药机,中国农业大学植保机械与施药技术研究中心与山东卫士植保机械有限公司、临沂风云航空科技有限公司开始合作进行低空、低量遥控多旋翼无人施药机的研发工作,于2010年研制出世界上第一款多旋翼电动植保无人机;接下来几年,国内一些大型农药化学公司渐渐认识到航空施药的巨大发展空间,广西田园等农药企业以及无锡汉和等无人机制造商纷纷开始植保无人施药机及低空喷雾技术的研究工作,航空作业服务公司也应运而生,航空施药已经广泛地应用于各地农作物。同时,大、中型有人驾驶飞机也在农业飞防领域得到广泛应用。综合我国无人机施药装备和施药技术的发展,总体上可以看出我国航空施药取得了长足进步并在持续发展。

 

    随着我国农业现代化、机械化进程的加快,农业经营方式的快速转变,农村劳动力短缺和人工成本的急剧增加,以及快速发展的专业化统防统治工作的需求,对适用范围广、作业效率高、节水节药、环保型的大中型植保机械和农业航空植保机械的需求越来越迫切。农业航空植保将成为我国农业植保专业化统防统治的重要发展方向和保障国家粮食安全的重大措施,成为我国农业的战略性新兴产业。在这种旺盛需求的刺激下,农业航空植保,特别是无人机施药低空喷雾具有广阔的前景。

 

4  无人机航空施药技术存在的问题和研究方向

    10多年来,我国植保无人机低空航空施药经历了从无到有,到今天的迅猛发展。相对传统的人工施药方式,使用植保无人机进行农药喷洒作业效率优势明显,具有广阔的发展前景。与航空植保发达国家相比,我国航空植保还处在起步阶段,与国外航空施药技术还有一定差距,目前我国航空植保主要遵循航空植保发达国家的发展路线,学习和使用先进的航空施药技术。

 

    航空施药极易受环境影响,导致施药不均、施药效果差。航空施药显著提高了施药效率,但极易受环境影响,使药剂分布不均,施药的均匀性对航空施药来讲是一个很大的挑战,当下的研究应主要解决航空施药在不同施药环境下施药的均匀性问题。低空低量无人机施药与地面常规施药不同,天气状况对其影响十分明显,保证施药均匀的许多飞防参数有必要进一步研究细化。目前,我国的低空低量航空施药技术还比较落后,植保无人机的专用喷雾系统也比较缺乏,普及度不够,急需通过相关研究选择合适的飞防参数和优良的雾化系统(例如喷头的研发与选择、药箱加药系统的优化、喷头与喷雾流场的匹配等)来优化雾化与雾滴的沉积状态,筛选不同施药环境下的飞防参数来代替现有的统一性参数,保证航空施药发挥其最大功效。此外,航空施药在安全性、喷雾质量和防治效果的评估很大程度上对植保无人机的发展产生影响,农药在作物冠层中的雾滴沉积量、雾滴覆盖率、穿透性和雾滴漂移控制是在评价航空施药效率和防治效果时最先考虑的。为了航线的规划和自主飞行更稳定更精准,实时动态系统只能够精确飞行轨迹,但无法做到精准施药,为避免重喷、漏喷、错喷等,需要开发更先进的飞行控制系统、传感系统和软件平台。

 

    航空施药的基础理论研究不足。随着航空施药环境的复杂化,航空施药的基础理论研究也需要进一步加强,主要集中在航空施药雾滴沉积与空气动力学及其与空气温湿度、风速等外界环境因素的相互作用,为植保无人机关键工作部件的开发设计提供理论指导.否则不合理航空喷雾会造成药液的漂移,造成环境污染和毗邻非靶标的药害,尤其是除草剂和植物生长调节剂这种敏感药剂。通过田间测试雾滴的田间漂移指数和减飘技术的开发运用是航空施药重点考虑的问题。

 

    专用剂型的缺乏限制了航空施药的进一步推广。用作航空施药的农药剂型必须是专用剂型。农药剂型是影响农药实际使用效果的重要因素,优良的剂型能改善雾滴雾化过程、减少雾滴飘移损失、提升农药雾滴在靶标作物表面的持留量等。航空施药专用商品化制剂还在研发阶段,适用于无人机低空低量农药喷洒的制剂会提升农药分布均匀度,减少雾滴飘移损失。另外,用于低空低量无人机施药的农药包装上必须标明监管部门的授权许可标志,但当前的农药产品包装上并没有针对无人机航空施药的强制说明和推荐使用剂量。未来需要对农药产品标签进行改进或在包装中提供额外的专用航空施药说明书,产品包装上也要标明针对无人机喷雾作业的使用剂量和施药液量。

 

    应用无人机进行精准施药还需要大量的研究。精准无人机施药是航空施药的进一步发展,也是未来节水、节药的发展趋势。遥感技术已经在田块面积测算、作物分类、作物长势监测、病虫害状况评估和产量评估等方面取得重大进展,将遥感技术应用于无人机并作为航空施药的数据采集系统还在研究中。基于实时传感器的喷雾决策系统在国外研究深入且应用广泛,实时传感器的喷雾决策是利用各种传感器,来获取田间作业数据,传感器采集的数据经过分析与处理后,可以对喷药量进行实时调整。无人机结合高光谱遥感(光谱相机)设备成为新的研究方向,高光谱遥感具有光谱分辨率高、波段范围窄、图谱合一、连续成像等特点,能够区分出地面物体光谱的细微差别,探测到其他宽波段遥感无法探测的信息。基于GPS的导航系统已应用于生活的方方面面,农用无人机的GPS系统也被开发应用,逐渐实现无人机操作的自动化。但与此同时,无人机在地勤期间的作业占工作总时间的50%,准备工作占10%,航线规划占10%左右,净作业时间仅占30%左右,其高效率还没有完全实现,日常经营面积也还不能令人满意,喷涂性能的提高还有待进一步研究。总的来说,新型的遥感技术和计算机技术的发展及应用,逐渐使航空施药从传统的经验式的大面积喷防进入到精确农业的新阶段,无人机在农药应用中的普及也越来越被研究人员关注。

 

    无人机航空施药的推广发展受限。专业化组织为航空施药的普及带来生机,同时,植保无人机市场化运营,需要政府、科研机构、企业和用户各方面的共同参与。专业化的施药团队通过收取合理费用来提供飞防服务,意味着将复杂的航空施药技术普及到农户,使农民逐渐接受这种先进的病虫害防控技术。例如,通过政府的引导直接使用农业合作社和植保服务公司提供的服务,采用航空施药向农民提供专业化的病虫害防治技术。这些专业化组织将会在农药供销、农药使用和环境保护过程中扮演重要角色,为航空施药进一步开发与推广提供动力。

 

    中国无人机航空施药缺乏相关的政策支持。专业化的飞防组织具有不断累积飞防经验的能力,开发系统专业的病虫害防治体系,可以应对复杂的、大规模的病虫害防治。这种服务性质的商业模式还有助于农药的销售使用和促进航空施药的推广应用。在新技术推广阶段,注重价格的农民往往会抱有观望态度,通过政府推出针对航空施药服务的奖励政策,有助于农民提高对航空植保作业参与的热情,也将会提高专业化植保组织对无人机方面的热情和增加他们对植保无人机的资金投入。但到目前为止,政策制定者既未发布采购无人机植保服务的相关计划、技术标准与作业规范,也没有对专业化病虫害防治组织的构建提供足够的资金支持。

 

5  总结

    城市化进程的快速发展促使农村劳动力的转移;国民经济发展导致劳动力成本的上升;同时,农村土地流转快速推进,出现农业种植大户;对农作物病虫害专业化统防统治以及作业效率高、适用范围广、节水、节药、环保型的大、中型植保机械和农业航空施药机械的需求越来越迫切。随着农业现代化的推进,农业航空施药必将成为我国农业植保专业化统防统治的重要发展方向和保障国家粮食安全的重大措施,成为我国农业生产新的产业战略。    (全文续完)

 

农药快讯, 2018 (22): 33-34.


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