陈鸿雷

摘要：一直以来，化学防治方法在小麦病虫害防治中都占据着重要地位，而化学农药的高污染、高残留、高度等问题也对农田生态平衡造成破坏，对自然环境造成危害。在小麦病虫害防治过程中，由于受到人力、物力以及财力等方面的因素限制，很难使施药手段在短时间内达到防治要求。因此，无人机技术应运而生，将其用于小麦病虫害的防治，提高了喷药效率、减少了劳动力，保障了小麦生产质量与产量。

关键词：无人机技术;小麦;病虫害;防治

小麦是我国重要的粮食作物，产业发展与我国粮食安全、社会稳定有直接关联。因此，小麦的高质量、高产量生产一直以来都是粮食产业关注的焦点。小麦病虫害是影响到小麦产量、品质以及生产成本的关键因素，近年来，小麦病虫害的发生日益严重，尤其是穗期更见严重危害，产量也大幅跌落。文章就对无人机技术如今的应用现状进行分析，进一步提出无人机技术在小麦病虫害中的具体应用，以期获得更好的病虫害防治效果。

1 无人机防治小麦病虫害的应用优势及关键技术分析

1.1 农用无人机技术的应用优势分析

1.1.1 减少药物使用、节约水资源

无人机在执行作业时，采取的是喷洒方法，尤其是低空喷洒技术，可以节约50%的农药量与90%的用水量，可以大幅减小资源成本的投入。

并且无人机作业时，飞行速度快、施药时间缩短，有利于减小对大气、对土壤和对农作物造成的进一步危害，尤其是基于北斗导航技术的无人机作业，能实现更精准且均匀地施药，与当前的环保主题相符[1]。

1.1.2 作业执行高效且安全

农业作业中无人机技术的采取其工作效率要远高于担架式植保机的10倍，高于自走式植保机的2倍。同时，无人机技术也实现了人与药的分离，基于地面远程操控，喷洒作业人员远距离操作即可，有效避免了受农药的侵害。

1.1.3 防治方式科学、合理

无人机采用超低量喷雾喷洒方式，飞机旋翼产生的向下气流有助于增加药剂对农作物的穿透性，使用飞防助剂更可以减少药剂挥发、增加药剂附着等作用，显著提升防治效果。对于人工难以进入的植保场景，如果树等高秆作物，飞防作业更能发挥高空作业的优势。

1.1.4 可以在夜间作业

在夏季高温时节，中午温度高，药剂易蒸发，人员易中暑，植保作业的最佳时间主要靠早晨或傍晚。而无人机则可以依托规划好的作业路线，在夜间也可以自动飞行作业，大大降低药剂蒸发和人员中暑等发生，实现全天候飞防[2]。

1.2 无人机防治小麦病虫害的关键技术

1.2.1 变量施药

变量施药一直以来都是无人机发展的主要技术之一，不同于传统施药技术，变量施药可以实现根据病虫害发生程度、作物疏密程度等的按需、适量给药，一方面有利于解决农药使用过量的问题，另一方面还有利于减小成本投入，总而提高应用效率。

在当前无人机技术中采用的变量施药系统大都是基于脉宽调制技术实现，基于对占空比的改变对隔膜泵转速进行控制，以此来调节药物喷施量。另外也有基于Lab VIEW的地面站控制软件在其中的应用，充分使用多传感器融合技术来实时监测施药参数，实现药物施用流量和飞行速度的自动匹配[3]。

1.2.2 避障技术

采用无人机技術施药时，因为大部分农田的四周环境都比较复杂，或有建筑物，或有电网、通信等设施，这些都会对无人机的安全作业造成隐患威胁，所以，关于无人机的实际应用也充分考量到了自主避障技术。由于各类障碍物在形状上存在很大的差异性，所处地域的分布也有很大的随机性，所以归根结底，无人机的避障技术难点在于对障碍物的自主识别。

目前在现有的技术研究中，通过对农用无人机不同避障技术的适用性和主要避障传感器的对比、分析，总结了如下几个研究重点：多种避障技术的组合应用，实现避障技术的实时性和主动性，创建辅助避障的系统，规范制定避障流程标准等。

在现有技术当中，广泛应用的一种技术是基于激光位移传感器的避障技术，其关键技术包括：飞前的自检、数据自动采集、有效数据块的提取、障碍物基本参数的计算和障碍物模式识别等。通过室外飞行测试正式该技术能够检测到未知环境下的障碍物角度与距离，较准确地判断植保作业环境中存在的典型障碍物，能够在飞行过程当中实现动态避障，基本可以确定该技术应用的有效性与可行性[4]。

1.2.3 减漂技术

植保无人机喷雾施药属于一种低容量喷雾技术，和常规的地面喷雾技术相比，雾滴要更细，加之植保无人机开展喷雾作业时其喷头距离作物的冠层较远，不免有较大的雾滴漂移风险。对雾滴漂移的影响因素进行分析，采取的喷施技术、冠层的类型与高度、药液的理化性质等等都是重要因子。针对于此，在目前的无人机技术中也采取了很多减漂手段，例如减漂喷头、飞防助剂的使用、喷洒技术的优化、设置漂移缓冲区等等。

减漂喷头可以通过对雾滴粒径的大小控制来减少漂移，不仅如此，对喷头类型、尺寸、压力等方面的改善都可以减小漂移。例如低漂移喷头便可以将雾滴的漂移量减少约90%，而飞防助剂和高漂移喷头的组合使用则可以将漂移量降低50%左右。基于射流技术的减漂喷头目前在无人机中也有广泛应用，该技术是在喷头的内部把空气与药液混合形成二相流、予以雾化成液滴进行喷洒使用。另外还要一种技术是基于无线传感器网络实现的，在这一农田无人机施药架构中，传感器把农药的沉积信息传输到无人机控制系统中，系统便可以此作为参考、实时修正飞机的航线，确保喷洒的雾滴可以在最大限度上落到靶标区域范围内，该技术应用效果虽突出，但有成本较高的缺点[5]。另外在实践操作中，也有很多新的技术尝试，例如：对农药添加剂配方进行调整来改变农药理化特征，减少漂移风险;或在施药区域的四周设置漂移缓冲区，保护农田附近的水渠不会受到污染。

在现有的技术研究中，有关于雾滴沉降与漂移机理的探索，尝试通过创建漂移模型来解决施药时的漂移问题，其中取得最大成效的当属Teske等创建的AGDISP模型，使用者能够将喷头、药液、飞机类型和天气因素等信息输入其中，调用内部数据库，对可能会产生的漂移进行预测。另外也有创建的雾滴漂移能量模型，该模型主旨是结合雾滴的运动速度与雾滴的粒径来对雾滴漂移潜力加以预测，并且认为当相邻的两个喷头喷雾扇面发生一定重叠时，可以加大雾滴的粒径，使雾滴能动增加、漂移减小。

1.2.4 雾滴检测技术

结合雾滴的沉积特性能够对无人机喷洒质量进行直接评判，雾滴密度判定方法和50%有效沉积量判定方法便是当前被普遍使用的两种评价方法。通过对比两种方法在无人机技术中应用的有效喷幅情况发现，在实际应用当中，应根据植保无人机的喷施雾滴粒径范围来相应选择适宜手段。其中雾滴密度评判方法在雾滴发生重叠时可能会有误差产生，结合雾滴沉积分布特征与工作效率的需求，建议倾向于选择50%有效沉积判定法来明确有效喷幅。由于完成这些工作的量大、效率又低，所以应力求突破准确获得雾滴分布信息这一关键。

红外热成像技术的应用可以得到喷洒前后的环境热差，據此对雾滴分布的范围与浓度进行检测，相较于水敏纸法，该技术能够实时测量，突出有快速、无接触的特点。基于激光雷达反射的原理来对雾滴分布进行测量可谓是一种新型手段，与传统的人工测量相比较，这种新方法得到的测量结果误差值更小，突出有精度高、扫描周期短的特点[6]。

2 无人机防治小麦病虫害的应用实践

无人机技术在农业领域的兴起与应用正迎合了精准农业的理念，精准农业在施药上主张按需用药，在实际喷洒作业之前、结合实际区域获得病虫害处方图亦是关键。无人机结合各种技术的应用能够快速采集到作物的光谱数据，无论是对于病虫害信息的采集还是防治都发挥着重要作用。

2.1 小麦全蚀病无人机遥感监测

技术关键在于：利用无人机遥感航拍技术来获取小麦图像，基于原始图像的建立，根据颜色特征参数的差异性判断出小麦受到全蚀病危害的病情等级。

其中涉及到关键技术的内容有如无人机遥感航拍技术，应有优势体现在：因为小麦是大面积种植的作物，所以面临着很重的数据采集任务，无人机遥感航拍技术在农业领域的应用为解决大面积麦田监测提供了很好的契机;它以无人机作为空中的监测平台，搭载多种遥感设备进行信息的获取，再将信息内容输入到计算机中，对得到的信息按需处理，其中集成了多种先进技术，包括微波传输、计算机图像处理和遥感技术等等;凸显出有航拍影像分辨率高、机动高效、比例尺大等特点，因此可用于对小麦全蚀病样本数据图像的采集。

前文所述小麦全蚀病颜色特征，可以在危害等级分级中起到重要作用，具体原因为：小麦颜色会跟着植株体内色素的变化发生变化，对不同全蚀病危害等级下的小麦植株而言，在生理性病变之后，其叶内色素会体现出显著差异，所以小麦全蚀病的颜色特征对于危害等级分级有重要指导[7]。

综而，无人机遥感技术基于其相应迅速、操作简单、性能灵活以及成本低等优势，配套航拍技术可以获得高质量小麦监测数据，可准确识别小麦全蚀病的不同病害等级分类，在应用上具有可行性与优越性。

2.2 基于近地高光谱与无人机图像的小麦叶锈病遥感监测技术

传统监测方法既费时、又费力，想要预防小麦病虫害凸显出主观性、滞后性的缺点，而基于遥感监测技术则可以实现快速、无损的监测，可针对性防治小麦叶锈病的发生。基于近地高光谱与无人机图像技术的构建主要内容为：（1）利用ASD地物光谱仪，对田间不同小区的光谱反射率进行测定，再经过一阶微分的数据变换，得到冠层尺度叶锈病在不同DI之下的光谱响应特征，可知在发生叶锈病的危害之后，一阶微分光谱曲线可呈“双峰”特征。（2）确定灌浆早期为近地利用BPNN算法监测小麦叶锈病的最佳时期[8]。通过研究认为，无人机平台操作的快捷性、稳定性、灵活性以及数据存储与提取的便利性，是基于无人机平台的遥感监测手段更适宜于大面积病害快速监测的主要原因。

2.3 植保无人机对小麦蚜虫与小麦叶蜂的防治

小麦蚜虫与小麦叶蜂均是威胁到小麦的主要害虫，使用无人机进行防治可以获得很好的防治效果，特别是在不适宜人工施药的天气下，在使用相同剂量杀虫剂的情况下，借助植保无人机施药能够克服困难、更好地完成作业，达到防治效果。与背负式喷雾器相比，使用相同杀虫剂的前提下，药后7天内尚与无人机仿效相当;但在减少杀虫剂使用量的情况下，在药后第1天便会凸显出显著的效果差异。提示经无人机进行药物喷施，速效性更佳。特别是如果施药当日的风力较大，按传统经验来说这种情况不适宜喷药，但无人机操控可以克服这一困难，也体现出无人机更好的适应性，可以在不同气象条件下实现喷药。

因此从防治效果上来说，无人机可以使用较背负式喷雾器耕地的药量来获得更好的防治要过，凸显出减少用药量的优点;从作业效率上来说，无人机作业效率较背负式喷雾器更高。

3 结论

总结上文，无人机技术在小麦病虫害防治中的应用已经取得了显著成效，但仍然有巨大的提升空间。这主要是由于目前环境与技术的限制，通过对当前农业现代环境的进一步深入分析，并探索更高效、完善的无人机技术，将会促使无人机技术更好地融入小麦病虫害防治实践中去，确切凸显无人机的工作效果好、效率高、操作安全以及实用性强等优点。

参考文献

[1] 刘涛，张寰，王志业，等.利用无人机多光谱估算小麦叶面积指数和叶绿素含量[J].农业工程学报，2021，37（19）：65-72.

[2] 苏宝峰，刘昱麟，黄彦川，等.群体小麦条锈病发病动态无人机遥感监测方法[J].农业工程学报，2021，37（23）：127-135.

[3] 罗丽.植保无人机在小麦病虫害防治中的应用分析[J].种子科技，2022（3）：97-99.

[4] 祁士军，祁明星，马德军，等.不同植保无人机对小麦赤霉病的防控效果[J].种子科技，2022（2）：27-30.

[5] 秦建华，李艳朋.大疆T20植保无人机防治小麦白粉病药效试验[J].现代农业科技，2021（4）：89-90.

[6] 师立娟.不同植保无人机对小麦赤霉病的防控效果[J].农业工程技术，2021，41（30）：29-30，32.

[7] 刚艳芳.商河县植保无人机在小麦病虫害防治中的应用[J].农家参谋，2021（24）：77-78.

[8] 徐长博.植保无人机在小麦病虫害防治中的技术应用[J].农业工程技术，2021，41（18）：59-60，62.