黑龙江省北斗卫星导航系统植保无人机应用研究

王小方 杨澳 臧佳怡 张长宇

基金项目：2020年黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（202010236057）；2019年度黑龙江省省属本科高校基本科研业务费项目阶段性成果（KYYWF10236190143）

第一作者简介：王小方（1989-），女，硕士，讲师。研究方向为财务管理理论与实务。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.042

摘  要：我国是农业大国，黑龙江省是农业大省，农业生产是头等大事，农业植物保护工作是农业生产中重要的一个方面。对黑龙江省植保无人机的发展现状进行梳理，结合目前植保无人机普及存在的问题，提出相应的解决对策。

关键词：黑龙江省；北斗卫星导航系统；植保无人机；经济效益；优势

中图分类号：S252.3      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）13-0175-04

Abstract： China is a large agricultural country， Heilongjiang Province is a major agricultural province， agricultural production is the top priority， agricultural plant protection work is an important aspect of agricultural production. This paper analyzes the development status of Plant Protection UAVs in Heilongjiang Province and， aiming at the problems existing in the popularization of Plant Protection UAV， puts forward the corresponding countermeasures.

Keywords： Heilongjiang Province; Beidou Satellite Navigation system; Plant Protection UAV; economic benefit; advantage

植保无人机是无人机产业领域一颗冉冉升起的新星，市场发展非常迅速，发展前景一片光明。与传统的植保作业相比，利用植保无人机进行植保作业更加高效、方便、准确，具有保护环境、节能高效等优点。另外，植保无人机的体积一般都比较小，控制也非常灵活，可以应用于各种类型的地形。因此，植保无人机在各个方面都得到了政府、行业和农民的高度认可。

1  黑龙江省植保无人机应用背景及现状分析

目前，黑龍江省农业生产普遍采用手工打药和拖拉机喷药的方式进行农田施药。这2种方法似乎很容易使用，但是也有一些难以解决的、根深蒂固的问题。一方面，缺乏稳定的青壮年劳动力，长期接触杀虫剂也容易使人体受到药物的侵袭而中毒，进而导致越来越多的年轻劳动力不愿意去田间喷洒农药，所以，在农忙季节很难找到合适的人员从事植保工作，只能农民自己在自家的田间使用最传统的手工喷药或拖拉机喷药方式进行植保工作。另一方面，手工打药和拖拉机喷洒农药这2种方式的效率低、效果差，如果不能及时有效地控制住病虫害，就会导致作物减产，甚至没有产量。拖拉机在作业时还容易伤害到农作物，这样也会导致作物损伤等问题。为加强害虫控制和提高农产品的产量和质量，农民亟需用一种机械型的高效灵活的植保产品，取代手工打药和拖拉机喷药等传统植保工作方式[1]。

近年来，黑龙江省植保无人机作业区域发展迅速。在应用作物方面，植保无人机主要用于水稻枯萎病的早期防治方面。伴随着各种智能软件和硬件的进一步优化发展，以及应用技术的突飞猛进，植保无人机已经可以应用于水稻、玉米和大豆等粮食作物以及经济作物的农药喷洒。植保无人机主要的作业对象是水稻，水稻水田的作业面积几乎占到了无人机总作业面积的78%，剩余的部分是旱地旱田以及其他的农业作物。从防治对象来看，植保无人机在前期的空中作业主要用于病虫害防治，并逐步应用于玉米等旱地高茎作物中后期的病虫害防治。在一些农村地区，其已被广泛应用于水田育苗后的茎叶化学除草。

2  北斗卫星导航系统植保无人机的优势

在农田喷洒航空作业中，现在已经可以广泛地使用我国自主研发的北斗卫星导航系统。植保无人机可以携带北斗卫星导航系统接收器，对有需求的农田进行集中、大规模的农药喷洒。飞手按照提前设计好的飞行路线，进行高空喷洒作业，可以防止农药喷洒到不必要的地方，从而实现精准作业、节能环保等目标。差分技术的进一步发展，提高了无人机的定位精度，准确的定位实现准确的喷洒[2]。当植保无人机到达需要进行喷洒的农田时，接收器可以把作业区域的基本信息和地域情况直接反馈至控制台，这样控制台就可以实时监控飞机的飞行位置，并通过北斗卫星导航和自动导航系统计算农药使用剂量，确保顺利完成飞行喷洒任务。

农业机械化的发展和推进，进一步推动了航空农业与北斗卫星导航系统相结合。北斗卫星导航系统在农业机械中的应用为实现精细农业管理具有重要的意义，植保无人机与北斗卫星导航系统的结合不仅能够将农业劳动强度进一步降低，还能够将农业劳动成本有效减少，同时还能够有效提高农药喷洒的工作效率，进一步提升农药喷洒的精度，减少农药喷洒量，实现提升农产品质量的目标。通过利用相关处理技术，将获取的图像信息同数据处理技术有机结合，北斗卫星导航系统可以快捷、准确地获取关于作业区域的全部信息、土壤物理指标和化学成分，优化种植计划，合理测算较为准确的农药、化肥相关剂量。除此之外，北斗卫星导航系统还可以有效应用于农业气象方面，如气象观测、气象预测等，通过有效预测天气变化情况，选择合适的农事活动时间，尽可能地选择在最佳的时间进行最适宜的农业生产活动，实现农产品价值最大化。

3  植保无人机的经济效益分析

3.1  作业经济效益分析

单架植保无人机使用寿命一般为5 a，一架植保无人机平均一天可实现的作业面积可达到500亩（1亩约等于667 m2，下同），平均一年可作业天数为90 d。那么一架植保无人机寿命期内全部的作业面积就是：500亩/天×90 d×5 a= 225 000亩。按每个应用运营6元/亩的平均价格计算，使用无人机5 a可获得225 000亩×6元/亩=1 350 000元的运营收入。

3.2  节省农药经济效益分析

单架植保无人机作业一亩土地，可节省20%的农药，平均每亩地节约2元，5 a可节约225 000亩×2元/亩=450 000元。

3.3  与人工喷洒对比分析

对于使用无人机的农民来说，可以节省30%～50%的植保成本。人工成本约20～25元/亩，平均每天喷洒10亩。无人机收费在每亩6～10元，平均每日作业面积为200～500亩，效率是人工的20～50倍。同时，无人机喷洒可以有效节约喷洒试剂及用水，经济效益显著。

4  黑龙江省北斗卫星导航系统植保无人机在应用中存在的问题

2020年6月23日，西昌卫星发射中心升空北斗三号最后一颗全球组网卫星，2020年7月31日，习近平总书记在人民大会堂，庄严而又郑重地宣布：北斗三号全球卫星导航系统正式开通！依靠北斗卫星导航系统，植保无人机可以运用北斗卫星导航系统精准定位作业农田，也可实现稳定飞行，自主施药。想要精准施药，还需要很多技术的支持。如果作业区域环境不够理想，很难有效实现植保目标，因为在一些恶劣的环境下，植保无人机执行喷洒作业时，容易出现一系列问题。比如，作业过程中可能会出现农药的漂移问题、喷洒过程中可能会受到作业区域的影响导致喷洒农药不够平均，一些需要喷洒农药的作业区域没有喷洒上，不该喷洒农药的区域反而喷洒了农药，出现农药浪费及环境污染等状况。在进行植保无人机施药作业的时候，尽可能地选择晴朗的、风小的天气进行施药作业，优化喷药系统，设置合理的飞行参数，提升植保无人机的工作效率及效果。在我们国家，植保无人机喷洒农药进行植物保护是近些年才逐渐兴起并发展壮大的，也有一些国外先进发达国家可以借鉴的成果和技术，国内的一些主要的农业产业园区也已经开始探索和运用植保无人机进行植物保护，但总体来说，我们国家植保无人机的研究和应用还处在比较初级的阶段，还有许多的问题需要解决。

4.1  核心技术亟需解决

在我国，植保无人机行业中的核心技术还不是非常的成熟，现实中成功应用植保无人机进行植保作业的案例也不是非常多。这里涉及到一些核心的技术问题，比如无人机的负载药液问题、具体的飞行时间问题、飞行的控制系统问题等。这些核心的技术问题如果不能得到有效解决，会导致一系列的问题，如错误喷洒、重复喷洒、遗漏喷洒等植保问题。

首先，专用的喷洒药剂不足。想要达到比较好的除草灭虫效果，充分发挥植保无人机喷洒农业的作用，喷洒的药剂应该具有漂移系数小、不易蒸发、不易挥发、不怕雨水冲刷及土壤容易渗透等基本特点[3]。但是符合上述特点的药剂，市场上并不多，专用的药剂不足，也是阻碍植保无人机喷洒行业发展的重要原因。植保无人机专用药剂的开发及应用是制药企业重点关注的内容，积极投入资金参与植保无人机喷洒试剂的研究与开发，政府也应该加大支持和补贴政策，争取早日突破专用药剂缺乏的瓶颈。

其次，植保无人机喷洒药剂的施药标准不健全，操作技术说明也不够详尽。当下，植保无人机的施药标准并不健全和规范，在进行施药喷洒作业过程中，并没有准确的配比参数，只能是操作人员根据经验进行配比，具体操作技术说明也不够详细，不能够满足操作人员在进行喷洒作业时对于一些飞行速度、飞行区域以及飞防问题的指导需求。

4.2  农户需求没有被有效激发和整合

植保无人机行业市场需求大，前景广阔，虽然是一种效率高且方便的喷洒应用技术，但是真正打入农村市场，走进农户田中，还需要一段时间。客观方面，植保无人机作业的区域最好是连片的土地，这样便于植保无人机高效进行喷洒作业。但现实情况却满足不了植保无人机的理想作业要求，多数土地不是连片的，而是分散分布的，达不到植保无人机的单独作业要求。从农户应用的主管来看，一方面，个体农户购买植保无人机的意愿较弱，因为一台植保无人机毕竟价格不菲，而每年花费的人工植保费用远远低于植保无人机的购买费用以及后期的维修护理费用，所以个体农户往往还是会选择最传统的植保方式，不会选择购买植保无人机；另一方面，农户的文化程度、受教育水平也是阻碍农户接受植保无人机进行农田植物保护作业的关键因素。大多数的农户不愿学习新的植保技术、缺乏学习新技术的动力，仍愿选择人工为主的喷药形式进行操作。目前，植保无人机市场上生产企业也是良莠不齐，农资操作技术也不完善，仍处于相对落后的阶段[4]，专业的植保无人机飞手不足，这些都是严重阻碍整个植保无人机行业向前发展的不利因素。

5  黑龙江省北斗卫星导航系统植保无人机存在问题的解决对策

5.1  提升技术研发，解决关键技术难题

一是加强研发投入，研制出强自主、高稳定的植保无人机。结合当前无人机已有的不足之处，目前我国有必要进一步开发、研制和推广具有高度自主性、稳定性和可靠性的植保无人机。在进行大面积的农田喷洒作业中，积极推广使用精度准确、全程自主导航的植保无人机飞行技术，从而可以有效保证植保无人机作业的速度、精度和高度；对植保无人机失控保护装置进行了加装改进，进而实现了失控保护、自检和预警功能，并对植保无人机的各項参数进行了监测，确保了植保无人机的飞行安全。在应用设备方面，研制开发特殊压力雾化喷嘴系列，为农业航空飞行设计了专用的稳定药剂和泵，并开发了高效轻喷的关键部件[5]。在精密喷洒方面，运用北斗卫星导航系统，精准获取作业区域信息，分析农作物的生长情况，以及该区域的病虫害信息，尝试运用变量喷洒方式，尽可能地提高喷洒精确度，减少农药使用量，提高药剂的使用效果。

二是建立健全专用药剂的管理制度。参考日本和韩国农药管理部门的做法，设置专门负责的管理部门进行管理监督，登记药剂的使用量、残留程度以及有效程度，测试附近作物间隔使用频率和环境安全程度，测试部分可以由具有专业资质的第三方科研机构代为完成，规范使用药剂。制定不同的作物和不同病虫害的不同操作模式的喷洒技术相关标准规范，以满足当前航空喷洒害虫的预防和控制的需求。农业植保无人机作为一种低空、小容量的施药装置，在所用药剂和施药技术上与传统施药装置有所不同。同时，农作物病虫害的最终防治效果不仅与施用农药的设备有关，药剂的选择使用、采用的施药技术都会对防治效果产生重大的影响。所以，推广植保无人机，同时还应该结合专用药剂的使用和施用的技术以及健全的药剂管理制度。

5.2  农业服务公司大力宣传推广整合农户需求

植保无人机宣传推广的主要群体是专门进行农业植保服务的公司，这些农业植保服务公司，可以为广大农户提供植物保护“一条龙服务”，对于市场上的植保需求进行市场调研，将植保需求进行有效管理，最好是能够形成规模化管理，积极降低植保的相应成本，向广大农户积极宣传植保无人机的优势，以达到推广植保无人机的作用。在进行相关的推广和宣传时，可以从以下方面着手准备。

首先，进行市场调研。全面了解农户对于植保无人机的需求，充分、有效地整合这些需求，建立会员制，让有需求的农户加入会员，然后进行规模化的服务、培训管理，让农户清楚、明白地掌握植保无人机的作业原理，同时加入会员的农户在参与培训、购买或租用植保无人机方面享受一定程度的优惠，从而激发农户使用植保无人机的兴趣。

其次，有机整合各类供给方。将无人机供给方和农药供给方进行整合，一方面对各类供给方进行严格审查，仔细挑选，防止因为无人机質量问题、农药药效等原因影响最终的植保效果，另一方面，将无人机植保服务和农资供给结合，既可以保证服务质量，打消农户的重重疑虑，还可以有效提高喷洒效率，降低服务成本，提升服务效果，保证植保效果。

最后，通过搭载智能设备，植保无人机可以有效地采集作业区域的地形地貌，实时、有效地收集相关作业数据，及时监控耕地的各种情况。

通常来说，一些大型的农户或专业合作社相对来说更愿意接受使用植保无人机，因为他们手中的土地相对集中，土地规模也相对较大，便于植保无人机进行飞防作业。因此可以选择这样大型的农户或者专业合作社作为植保无人机飞防作业试点，给予他们一定的优惠补贴政策，然后形成典范，为下一步广泛推广奠定坚实的基础。结合现在比较火爆的电商直播带货，可以直播推广无人机销售，促进植保无人机的宣传与推广。

6  结束语

习近平总书记多次强调国家生物安全的重要性。中国是发展中国家，农业的安全、生物的安全关系到国防的安全，关乎到全国及世界人民的安全。今后随着快速发展的科学和技术，特别是通过卫星遥感预测病虫害，病虫害的防治效果将大大提高。政策扶持促进技术创新成果的转化，行业标准即将出台，助力植保无人机进一步占据农业植保市场的主要份额。

植保无人机具有高效、安全、环保和便捷等优点，再加上有北斗卫星导航系统的技术支持，植保无人机的未来发展前途一片光明。植保无人机作为现代农业的重要内容，实现了高收益、高精确度和支持环境保护和农药“零增长”的目标，促进中国发展智能农机及实现农业合作社的发展。作为我国农业的大省，黑龙江省有责任保证中国人端好自己的饭碗，使用北斗卫星导航系统的植保无人机喷洒农药进行植物保护，具有重要的经济价值和重大的社会价值。安全高效、降低成本、提高效益。黑龙江省省内的农村人口人均土地资源比较分散，农村人口老龄化严重，青壮年劳动力有日益减少的趋势，植保无人机喷洒作业，更适合当下黑龙江省的农业生产，前景不可估量。

参考文献：

[1] 肖迪，崔长春，贾建伟.黑龙江省植保无人机应用现状及发展趋势分析[J].中国植保导刊，2019，39（3）：79-80，89.

[2] 徐亚兰，郭承军.运用北斗卫星导航系统的植保无人机发展现状研究[A].中国卫星导航系统管理办公室学术交流中心.第十一届中国卫星导航年会论文集——S01卫星导航行业应用[C].中国卫星导航系统管理办公室学术交流中心：中科北斗汇（北京）科技有限公司，2020：5.

[3] 王苗，朱超，田多林.植保无人机在农作物领域病虫害的防治研究[J].新型工业化，2020，10（6）：98-99.

[4] 林正平，肖迪，阴俊杰，等.黑龙江省植保无人机发展现状[J].农业开发与装备，2018（12）：45-46.

[5] 马秀兰.农作物病虫害防治中植保无人机的运用探究[J].农民致富之友，2020（2）：26-27.