刘 格

（华南农业大学，广东 广州 510642）

随着农业技术的不断进步，无人植保机的应用越来越广泛。无人植保机以其高效、精准的特点，成为现代农业生产的重要工具。然而，随之而来的是安全性问题。在无人植保机飞防作业中，可能存有环境、信号、视野、漂移物、突发故障等影响因素，影响植保机作业安全，可能导致人身和经济损失出现。因此，研究无人植保机的安全性与防控措施非常重要。

1 无人植保机构成

1）机身结构。无人植保机机身结构设计通常采用模块化方式，方便拆卸、维修和更换配件。无人植保机的机身上还会安装各种重要配件，包括传感器、摄像头、喷洒设备等。传感器用于获取环境信息和飞行状态数据，如气温、湿度、光照等。摄像头用于实时监测作业情况，获取农田图像等数据[1]。喷洒设备是无人植保机的关键组成部分，负责喷洒农药或其他农业用品，进行精确的农田作业。

2）飞控系统。无人植保机配有飞行控制系统，用于控制飞行器的姿态、飞行轨迹和自动化操作。飞控系统通常包括主控板以及陀螺仪、加速度计、气压计等传感器，并通过飞行控制算法实现对无人机的稳定飞行和操作。

3）导航系统。无人植保机导航系统用于确定其在空中的位置和航线规划。导航系统通常包括GPS（全球定位系统）、惯性导航系统等，可以提供精确的位置信息和导航指引。

4）传感器与监测设备。无人植保机常配备多种传感器和监测设备，用于实时感知农田环境和植物状况。如温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器等，可以收集关键的农田数据，为精准植保提供依据[2]。

5）喷雾设备。喷雾设备用于在飞行过程中释放农药或其他防治剂，通常由喷头、液路、泵等组成，通过控制喷雾量和喷洒方式，实现对农田的精确喷雾。

6）数据处理与控制系统。无人植保机会搜集大量的农田数据，包括各种传感器的测量数据、航行轨迹等信息。数据处理与控制系统可以对这些数据进行分析、存储和实时处理，从而帮助决策者优化植物保护措施[3]。

2 无人植保机存在的主要安全问题

1）飞行安全。无人植保机在飞行过程中可能面临飞行失控、碰撞障碍物、失去信号等风险。这些问题可能源于飞行控制系统故障、导航系统错误、环境变化等原因。必须确保无人植保机具备稳定的飞行控制系统和可靠的导航系统，通过合理的飞行规划和监测，减少飞行事故的发生。

2）数据安全。无人植保机搜集的农田数据包含敏感信息，如农作物生长状态、土壤质量等。这些数据需要得到妥善保护，避免被未经授权的人获取和滥用。必须采取加密、权限控制和安全传输等手段，确保无人植保机搜集的数据在存储和传输过程中不被泄露或篡改。

3）电池安全。无人植保机的电池组是提供动力的重要组成部分，但电池在充放电过程中存在一定的安全风险[4]。如过满充电可能导致电池短路、过热等，过度放电可能导致电池损坏甚至起火。必须采用高品质的电池组，并进行严格的充放电管理，确保电池的安全使用。

4）作业区域安全。无人植保机在进行植保作业时，可能需要飞越农田、河流、道路等复杂环境。这可能导致飞行器与障碍物发生碰撞，对周围环境和人身安全产生威胁。必须合理进行作业规划、飞行区域划定和风险评估，确保作业区域的安全性。

5）操作人员安全。无人植保机的操作人员受过专门训练，但操作人员在操作过程中也可能面临一些安全风险，如误操作导致事故、长时间操作引起疲劳等。必须加强对操作人员的培训和安全意识教育，建立完善的操作规程和紧急响应机制，提高操作人员的安全意识和应急处理能力。

3 无人植保机安全作业的主要防控措施

3.1 安全操作规程培训

1）针对无人植保机的操作人员，应当设立培训计划。这一计划需要详细制定培训的内容，包括理论知识和实际操作的培训。理论知识方面，操作人员需要了解无人植保机的结构、原理、飞行操作和紧急处理等方面的知识。实际操作方面，操作人员需要进行实操培训，以熟悉无人植保机的操作方法和技巧。

2）开发相关的培训教材和课件。培训教材和课件应包括无人植保机的使用说明、操作手册、飞行原理和安全注意事项等内容，以便操作人员学习和参考[5]。这些教材和课件应该具备易懂、系统性强的特点，能够帮助操作人员全面学习和掌握相关知识。

3）设置理论和实操培训环节。操作人员需要通过学习无人植保机的理论知识和进行实际操作训练来提高技能水平。在理论培训中，应注重对无人植保机相关知识的传授，使操作人员对其有全面的了解。在实操培训中，应提供模拟操作场景，并进行反复训练，以确保操作人员能够熟练掌握无人植保机的操作方法和技巧。

4）对操作人员进行考核，发放相应证书。考核环节可以包括理论知识的笔试和实际操作的模拟训练。通过考核，可以评估操作人员对无人植保机的掌握程度，并为合格者颁发证书。在无人植保机的作业过程中，还应制定详细的操作规程。操作规程应根据国家相关规定和实际情况，明确作业流程、禁飞区域、飞行高度、避障原则等，以帮助操作人员规范作业行为，确保无人植保机的安全作业。

3.2 飞行控制系统和导航系统

1）飞行控制系统需要采用稳定可靠的硬件设备，包括飞行控制器、姿态传感器、电机控制器等。飞行控制器是无人植保机的大脑，负责接收和处理来自传感器的数据，控制电机的转速和姿态调整，以保持飞行稳定性和操控性能[6]。姿态传感器用于检测无人植保机的姿态，如俯仰角、横滚角和偏航角等，为飞行控制器提供准确的姿态信息。电机控制器则根据飞行控制器的指令，调整电机的转速和输出功率，实现无人植保机的悬停、起飞和降落等操作。

2）无人植保机的导航系统需要配备精准的全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）。GPS可以通过卫星信号定位无人植保机的位置，提供准确的经纬度和海拔等信息。INS则通过惯性传感器感知和记录无人植保机的加速度、角速度和姿态变化等数据，并结合起飞时的初始位置和姿态信息，实现高精度的导航和定位功能。通过GPS和INS的协同工作，可以确保无人植保机在作业过程中准确飞行，并及时纠正姿态偏差。

3）飞行控制系统还应具备自动避障功能。通过搭载传感器（如激光雷达、超声波传感器或视觉传感器）和先进的避障算法，飞行控制系统能够实时感知周围环境，并根据避障策略调整飞行轨迹，避免与障碍物碰撞。这样可以最大程度地减少事故的发生，保证作业过程的安全性。

4）飞行控制系统应具备传感器监测功能[7]。通过添加适当的传感器，如气压计、加速度计、陀螺仪等，可实时监测无人植保机的状态参数，如高度、速度、姿态、电池电量等。当发现异常情况时，飞行控制系统能够及时采取相应措施，如调整姿态、报警或自动返航等，以确保作业过程的安全性。

3.3 数据加密和权限控制

1）数据加密可以在数据存储和传输过程中保护数据的机密性。对于无人植保机搜集的农田数据，可以采用加密算法将其进行加密存储，以防止非法访问者获取敏感数据。同时，在数据传输过程中，也可以使用加密协议，如SSL/TLS，确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。

2）通过设置权限控制机制，只有经过授权的人员才能访问和操作相关数据。可以通过建立用户账户和角色管理系统，为不同的人员分配不同的权限，以确保数据仅被授权的人员访问和操作。此外，还可以采用多层次的权限控制，对不同的数据进行细粒度的权限管理，以确保数据的安全性。

3）建立数据备份与恢复系统，定期备份农田数据，可以防止因意外事件导致的数据丢失。备份数据存储在安全的位置，可以在数据损坏或丢失时进行恢复，以确保数据的可用性和完整性。

4）网络安全保护是保障数据安全性和完整性的重要方面，采用网络安全技术，如防火墙、入侵检测系统和安全认证等，可以防范黑客攻击和恶意软件感染。同时，还可以定期进行安全性评估和漏洞扫描，及时发现和修补系统中的安全漏洞，确保网络环境的安全。

3.4 电池管理和监测

无人植保机的电池是其供电的重要组成部分，电池管理和监测是保障安全作业的关键。

1）正确选择电池是确保电池寿命长、容量稳定的关键。为了保证无人植保机的正常运行，应选择高品质、稳定性好的电池组。这些电池应具有长寿命、高能量密度和低自放电率等特点，以确保电池的稳定性和可靠性。此外，还应根据无人植保机的工作环境和需求来选择合适的电池类型，如锂离子电池或铅酸电池等。

2）充放电管理是电池管理的重要环节。应制定电池的充放电管理制度，确保在标准电压和电流下进行充放电。在充电过程中，要避免电池过充，以免影响电池寿命和安全性。在放电过程中，要避免电池过放，以防止电池电压过低导致电池损坏。同时，还应注意控制充放电速率，避免过快充电或放电，以保证电池的安全性和稳定性[8]。

3）实时监测是保障电池安全的重要措施。可以通过安装电池监测传感器，实时监测电池的电量、温度和性能等指标。通过监测电池的电量，可以合理安排充电和换电计划，以保证无人植保机的正常运行。通过监测电池的温度，可以及时发现电池过热情况，并采取相应措施，如停机降温或更换电池，以防止电池发生安全事故。同时，还可以监测电池的性能，如内阻和容量等，以及时发现电池老化或损坏的情况，及时进行维护或更换。

4）电池更换与维护是保障电池稳定供电的重要环节。应定期检查电池，包括检查电池的外观和连接情况，以及测量电池的电压和内阻等指标。如发现电池老化、容量下降或出现故障的情况，应及时更换电池，以保证无人植保机能够正常供电。

3.5 风险评估和作业规划

风险评估和作业规划是无人植保机作业前必须进行的重要步骤，能够识别潜在的危险和障碍物，并制定相应的控制措施，以确保作业的安全进行。

1）风险评估是进行无人植保机作业前的重要步骤。在风险评估中，应对作业区域进行综合评估，包括对地形、气象条件、飞行障碍物等因素的分析和评估。通过风险评估，可以识别潜在的风险和危险，如高楼大厦、电线杆、高压线等障碍物，以及恶劣的天气条件。根据评估结果，制定相应的风险管控措施，如避免飞行在恶劣天气条件下，设定安全作业高度等。

2）禁飞区域设定是保障飞行安全的重要措施。根据相关规定，禁止无人植保机进入特定区域，如机场、军事基地、民用航空限制区等。在作业规划中，应将这些禁飞区域纳入考虑，并严格遵守相关规定，以确保飞行安全。

3）作业高度和安全距离的设定是保证飞行安全的重要措施。在作业规划中，应设定无人植保机的作业高度，并确保与障碍物（如建筑物、人群等）之间保持安全距离[9-10]。通过设定作业高度和安全距离，可以避免无人植保机与障碍物发生碰撞或安全事故，保障飞行安全。

4）作业流程规划是确保作业过程安全有序的重要环节。在作业规划中，应制定详细的作业流程，包括起飞、飞行、喷洒、返航等环节的具体要求。在每个环节中，应明确操作人员的职责和要求，以确保作业过程安全有序进行。此外，应急预案是应对突发事件和紧急情况的重要措施。在作业规划中，应制定应急预案，明确操作人员在发生突发事件和紧急情况时的应对措施和流程。

3.6 实时监测和远程控制

通过实时监测和远程控制，能够及时发现问题并采取措施，以保障无人植保机的安全作业。

1）实时监测。安装传感器和摄像头等设备，对无人植保机进行实时监测，包括飞行状态、作业进展、传感器数据等，及时发现异常情况。

2）监控系统建设。建立监控中心，配备专门的监控人员，对多台无人植保机进行远 程监控，全面掌握运行状态和作业情况。

3）远程控制系统。建立远程控制系统，可以实现对无人植保机的远程操作和指挥，根据实时情况进行调整和管理，确保安全作业。

4）故障预警和报警系统。设置故障预警和报警系统，对无人植保机的异常情况进行监测，并及时发出报警信号，通知操作人员采取应急措施。

4 结语

采用植保无人机进行飞防作业，能够较大程度上降低人工、时间等资源成本，病虫害防治更彻底、效率更高、效果也更好。然而，安全问题始终是无人植保机面临的重要挑战。笔者通过分析无人植保机的安全性问题，有针对性地提出了一系列的防控措施。在未来的发展中，需要进一步加强对无人植保机的安全性研究，并根据实际情况不断完善和优化防控措施。只有确保无人植保机的安全稳定运行，才能真正发挥其在农业生产中的作用，为现代农业的发展作出更大的贡献。