（一）從“植保無人機”到“農業無人機”

 

早在1987年，日本就研製出世界上第一台植保無人機，次年限量銷售。在當今日本近 500 萬公頃的耕地中，超過 20% 使用植保無人機來控制害蟲和雜草。無人機已成為日本重要的植保技術措施。

 

2012年，大疆將全球領先的無人機技術應用於農業，2015年發布MG-成立大疆農業。同年，極飛發布植保無人機，成立極飛農業服務。

 

如今，多家無人機公司致力於為用戶提供基於無人機技術的農業解決方案，以推動全球農業的創新和進步。

隨著植保無人機的快速發展，更智能的產品應運而生，服務於更廣泛的需求和應用。植保除噴灑農藥外，還可撒施肥料、種子、飼料。

 

"因此，“植保無人機”一詞正逐漸被更廣泛的“農業無人機”所取代。"

 

2021年是全球農用無人機飛速發展的一年，無論從無人機數量和作業區域來看，相比2020年都是一個數量上的飛躍。無人機特別適用於人工和地面機械難以下到地面的場景，如稻田、高大的稻草作物、山地地形等。在以稻米為主的東南亞，無人機正獲得越來越多農民的認可。由於農業無人機適用於播種稻田和控制整個作物生長周期的害蟲，因此業務增長迅速。農業無人機在小麥、水稻等平坦農田的應用正在迅速普及，並且隨著技術的不斷進步。

(圖1. 大疆農業無人機全世界總量)

 

（二）大疆農業無人機 與 一般單旋翼無人機相比優勢

1、高精度噴灑作業

 

用於農業的小型固定翼和小型直升機，在噴灑作業時飛行速度與高度都相對較高，可能導致嚴重的噴霧飄散。大疆農業無人機可以懸停進行更有針對性的高精度噴灑，作業高度較低（通常在作物表面以上1.5-3.5m），飛行速度較慢（約3-7m/s），對噴頭和流速的即時控制更能達到抗飄散的效果。

(圖2.使用單旋翼直升機噴灑的尖端渦流)

(圖3. 使用大疆農業無人機噴灑的風場水量)

 

在無人機上安裝多光譜鏡頭，可以實現農田作業信息的採集和監管，根據農作物的生長情況生成農用處方圖，指導農用無人機作業。無人機噴灑農藥時，只針對需要噴灑的地塊，進一步減少對環境的影響。

 

大疆農業於匈牙利的合作夥伴Planta Drone，曾使用多光譜無人機監測田間刺槐的分佈，然後再用農業無人機進行精準噴灑，來減少農藥成本。Planta Drone 先用多光譜無人機對播種前後的田地進行監測，然後利用 NDVI 植被指數分離出刺槐的生長情況。在精準施藥處方圖生成後，農用無人機就可以根據處方圖進行精準除草。

 

圖 9：多光譜監測

 

 

2.降低風險
 

在台灣，傳統農業人力噴灑作業中，農民們長期接觸農藥，暴露在致癌風險之中。

 

無人機噴灑作業完美地解決了這個問題，不只台灣，在歐美國家，其傳統的“人機綁定”模式也具一定的危險性，即飛行員必須在人待在飛機上。

 

在新的“人機分離”中，無人機飛行員不必承擔墜毀的風險。無人機的自動作業模式也不需要飛行員時刻跟隨無人機，所以也避免了飛行員在農業噴灑作業過程中接觸農藥的風險。

 

農用無人機搭載全向避障雷達和向上雷達組成的球形雷達系統，可在不同作業模式下提供前、後、下方向的偵測功能，以實現地形跟隨功能、水平全向避障和向上避障功能。農用無人機也能檢測地形坡度，在路線運行過程中，還具備水平全向越障功能，可自主規劃避障路徑繞過障礙物。

 

3.減少環境污染
 

傳統飛機一般以燃料為動力源，而無人機則使用鋰電池，能有效節能減排。

 

另外，直升機螺旋槳產生的聲音高達 110 分貝，高出人體所能承受的數值整整 1.5 倍，而無人機操作則降低了噪音分貝。當無人機遠離人群和操作人員工作時，其低噪音並不會對人體造成傷害。

 

( 三 ) 無人機與地面農機的比較優勢

 

1. 減少碳排放

 

過去，農田噴灑農藥、化肥以人工作業或拖拉機作業為主。柴油是傳統拖拉機的主要燃料。用無人機代替傳統農業機械進行植保可以將碳排放量減少到每公頃 5.11 公斤的二氧化碳。運營10億公頃相當於減少511萬噸二氧化碳的碳排放。這相當於每年吸收2.4億棵樹的碳，相當於減少192萬輛汽車的碳排放。

 

表 2：農業無人機減少碳排放

 

2.減少用水量
 

由於採用低容量噴灑技術，農業無人機與人工作業相比，每公頃可節省約44升農業用水。假設要噴灑10億公頃，相當於減少農業用水4400萬噸，等於7987萬居民一年的用水量。

 

3.使用電力更加環保

以亞洲地區來說，近十年前的農業趨勢，台灣與日本都有在使用內燃直升機作為植保機，但大多使用的內燃機為二行程引擎。

「二行程的內燃機引擎」，除了在燃燒效率不夠完全的缺點外，在噴灑過程又同時排出引擎廢氣，藥液與廢氣同時隨著風場下壓氣流帶至植被與土壤，對環境的污染更難以量計。

相反地，植保機使用電力作為動力來源，其透過抽換電池即可完成連續使用，不僅ESC(電子調速器)與馬達所提供的效率更遠勝於內燃機，過程中產生的熱能與噪音遠低於內燃機外，更不會在使用過程產生廢氣，達到節能減碳的環保效益。

 

( 四 ) 探索最佳做法
 

農業無人機的最佳實踐是從“人、無人機、技術、農藥”全方位、全過程、全週期的實踐探索。在這個過程中，涉及到飛手培訓、農用無人機產品安全性的升級、技術的升級、農業種植技術的升級，以及所使用的農藥改進和使用標準。

 

1.飛手培訓
 

農業無人機使用不當可能會導致環境土壤污染、空氣污染、水污染等問題。這些問題往往被廠商忽略，但只要規範操作，就可以完全避免。例如，飛手不應在風速超過 12 英里/小時的環境中工作，也不應將清洗噴水箱的水倒入天然水源中。

 

專業農業無人機操作員，是指同時具備無人機​​操作技能和專業植保知識的人員。農用無人機操作人員接受廠家系統培訓，持證上崗，熟悉農業和航空相關法規標準，掌握科學安全農藥使用知識。可按照科學、安全的用藥作業方案進行配藥作業，避免飄散對周邊非靶標作物、傳粉昆蟲和生態環境的影響。

 

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2.新技術開發
 

(a) 噴嘴技術
 

許多國家的研究人員還花費了數年時間研究各種噴嘴類型，包括通用型、靜電型、防漂移型和漸進式精密可變噴嘴。由電機控制的離心霧化器具有霧滴粒徑譜分佈窄、霧化範圍廣的特點。與液壓霧化噴嘴的效果相比，它具有明顯的優勢。MEMS系統技術將進一步小型化控制和執行器，針對防漂移和精密變量應用的微調噴霧液滴光譜成為新的研究趨勢。除了傳統的壓力噴嘴，農用無人機也開始使用離心式噴嘴。

 

(b) RTK導航施藥技術
 

農用無人機配備實時運動學（RTK）單元，實現厘米級精准定位。施藥作業前，操作人員通過手持遙控器、無人機測點或航測等方式，準確測量確定施藥作業區域的邊界點，形成施藥區域地圖。根據施藥區域圖規劃施藥作業路線圖，無人機將自動按照規定路線精準施藥，有效避免重複、漏藥噴灑。

 

(c) AI精密可變噴塗
 

農用無人機利用人工智能處方地圖，準確識別農田邊界、作物密度和生長趨勢，並通過精確的變量控制有效減少農藥和化肥的使用，使其更加環保。農田中農作物的分佈和生長往往是不同的。全覆蓋噴灑雖然可以實現規模化高效作業，但無疑會造成農藥浪費和環境污染。

 

AI精準變量運算可以幫助用戶先做出準確判斷，再進行具體運算，減少農藥浪費和環境污染。該技術已廣泛應用於不同的作物。下面介紹幾種用途。

 

1）精密噴灑除草

利用多光譜監測對播種前後田地進行監測，利用NDVI植被指數分離雜草發生位置，生成精準噴灑處方圖，噴灑到農用無人機上，實現精準除草。

 

圖 13：NDVI

 

 圖 14：處方圖和路線  

 

利用農用無人機進行精準除草，解決除草劑使用成本高、農藥濫用造成的生態污染等一系列問題，將在全球範圍內得到越來越多的應用。在減藥增效的同時，推動全球農業生態綠色可持續發展。

圖 15：精確點噴塗操作圖

 

2）油棕樹心精準噴塗

油棕的病蟲害大多發生在樹心處。當油棕幼苗被椰子犀牛甲蟲（Oryctes rhinoceros）等害蟲入侵時，會造成葉片損傷、葉柄破洞、長矛斷裂和折斷，導致樹木變形乾燥，最終導致幼苗過早死亡。油棕樹。

 

DJI 農業無人機提供定制化服務，油棕模式，用於害蟲管理。採用T16油棕專用噴頭佈局系統，配合大疆Terra果樹圖案AI識別，精準判斷樹心，定點噴灑，達到最佳防蟲效果，節水，用藥更高效。

 

3.農藥和飛控添加劑
 

農藥的劑型是影響農藥實際使用的一個非常重要的因素，它可以改善液滴的霧化過程，減少液滴的流失，增加農藥液滴在目標作物表面的滯留時間。到目前為止，無人機應用的商業農藥製劑仍處於研發階段，適合無人機噴灑農藥的製劑將提高農藥分佈的均勻性，降低液滴漂移的可能性。

 

開發和推廣適用於農用無人機的專用藥劑和助劑，成為其低容量農藥應用潛力的關鍵。考慮到無人機植保作業在化學製劑設計和加工過程中的特點，無人機低容量噴灑存在液滴漂移的高風險，因此有必要研究具有強沉降、抗揮發性、抗漂移的農藥製劑。

 

4.技術標準的製定
 

為了農業無人機的安全運行，必須建立完整的行業標準和規範。

 

環境安全評價是農用無人機安全使用、環境保護、政府管理的重點。制定技術標準能使無人機在不同天氣和地面條件下的作業提供合理的農藥施用參數。標準規範的研究制定才能推動農業無人機產業高質量、高效、安全、可控、健康發展。

 

隨著農用無人機在世界範圍內的逐步普及，制定農用無人機行業標準和規范成為推動行業發展的關鍵因素。在國際標準工作方面，大疆隸屬於國際標準化組織（ISO）農林拖拉機及機械標準化技術委員會（ISO/TC23），專業從事拖拉機、植保設備、農用電子產品的標準研究。等領域，下設無人機噴灑系統工作組（WG25），目前正在深入參與農用無人機ISO-23117國際標準的製定。

 

5.作業旺季開始前需完全依法合規
 

如前所述，農用無人機由多個管理部門管理。農用無人機的使用受作物生長周期的影響。我們一般將農用無人機播種、噴灑的周期稱為農業作業季節。為確保用戶在作業季開始時能夠合規使用農用無人機，應在作業季開始前完成合規工作。根據現行法律，部分合規內容用戶無法輕易完成，廠商可提前協助用戶合規。

 

( 五 ) 結論
 

正如國際糧食及農業組織在其目標中所述：

我們的目標是實現所有人的糧食安全，並確保人們能夠定期獲得足夠的優質食品，從而過上積極、健康的生活。

 

農業無人機為這一目標提供了現代科技工具，並在此過程中創造了新的就業機會、新的社會需求和社會價值。如今，農業無人機全面覆蓋全球主要糧食作物，包括水稻、小麥、玉米、土豆和大豆。他們還為世界各地的主要經濟作物提供服務，例如茶葉、柑橘、蘋果、櫻桃、棉花和甘蔗等。

 

通過對葡萄、橄欖、棉花等經濟作物的數字化、精準化、智能化管理，農用無人機系統可以為從業者提供更加便捷高效的管理方案，從而降低運營成本，提高產量、質量和收入。農業無人機的應用也將在未來考慮更加環保和可持續發展，為更綠色的地球、讓農業更簡單、讓生活更美好做出更多貢獻。

 

我們擁抱農民，並決心為他們的收入服務。通過更好的智能設備和解決方案，有效解決農民生產中的問題，幫助農民實現增收夢想，讓他們的工作更有價值。

 

我們承諾通過創造更好的工具和計劃來保護地球並繼續減少農業生產中的浪費和損失。這樣做的目的是讓更多的從業者以更環保的方式進行農業生產，與土地和諧相處。

 

我們堅持合作共贏，與高校、化工企業、研究中心等機構開展產學研合作。共同構建以人才培養、產品升級、化學優化、技術升級為核心的生態圈，共同推動全球農業科技發展進步。

 

我們相信，隨著最佳實踐的不斷探索，病蟲害管理、農藥使用會更加合理，對環境的影響也會越來越小，農用無人機的政策環境會逐漸放寬，農用無人機的發展空間將會越來越大。擴大。

 

向所有為農業辛勤耕耘、為環境保護做出貢獻的人們表示衷心的感謝。