植保无人机在水稻病虫害防治中规模化应用的系统分析

当前，我国水稻生产正处于从追求单一高产向提质增效、绿色生态转型的关键期。传统的水稻病虫害防治方式效率低、成本高、污染重，亟须创新转型。2022年中央一号文件提出“推广农作物病虫害专业化统防统治和绿色防控”，为植保无人机技术的发展应用指明了方向。近年来，植保无人机凭借其灵活、高效、环保等优势，在智慧农业和现代植保领域崭露头角，尤其在水稻等粮食作物病虫害防控中展现出巨大潜力。然而，如何进一步发挥植保无人机的优势，突破制约其推广应用的瓶颈，还需要科学系统地分析研究。

一、植保无人机防治水稻病虫害的技术原理

1、无人机的飞行控制与作业规划技术

植保无人机采用先进的飞控系统和高精度传感器，通过多源异构数据融合实现对飞行姿态和位置的实时精准控制。在任务规划阶段，无人机根据水稻田地理信息、作物长势、病虫害分布等数据，结合农艺要求和作业参数，自主生成优化的作业航线。通过转弯半径动态调整、S型航线避障、航迹重叠控制等智能算法，有效提高了植保作业的针对性和覆盖率。同时，飞控系统还能根据风速风向、GPS信号强度等实时调整飞行参数，确保喷洒效果的均匀性和稳定性。高度监测和地形跟随技术则可使无人机维持与作物冠层的最佳相对高度，在确保飞行安全的同时实现精准变量喷洒。

2、药剂喷洒系统与变量施药技术

植保无人机搭载先进的模块化喷洒系统，集成药箱、泵、喷头、雾化装置等核心部件。采用多通道独立可控技术，通过电磁阀和高精度流量计精确控制各喷头的流量和雾滴粒径。搭配差速雾化和机电联动技术，可根据飞行速度自适应调节出液量，确保药剂沉积分布的均匀性。而基于作物健康大数据的变量施药系统则是植保无人机的一大创新，该系统建立了关联水稻长势、病虫测报、农艺要求的决策模型，可对不同区域、不同程度的病虫发生进行差异化处理。通过动态调整喷洒参数、选择性关闭部分喷头，在减少农药使用量的同时，最大限度提高防治效率和精准性，助力水稻病虫害统防统治和绿色防控。

3、障碍物识别与避障技术

复杂的水稻田环境对植保无人机的安全飞行提出了更高要求。先进的机载感知系统融合了可见光、红外、激光雷达等多源传感器，可全天候、全方位探测高压线、农田设施等潜在障碍。图像处理与计算机视觉技术能够快速识别障碍物的类型、尺寸、距离，评估碰撞风险。一旦发现危险，无人机可通过轨迹重新规划、动态调高、紧急悬停等策略自主规避。同时，复杂环境下的定位和导航技术持续创新，通过高精度GNSS系统、多传感器融合定位、同步定位与地图构建等手段，实现了植保无人机的厘米级定位和自主环境感知。结合三维障碍地图和无人机姿态估计，可构建实时虚拟场景，为安全高效作业提供直观参考。

二、植保无人机防治水稻病虫害的应用现状

1、国内外植保无人机防治水稻病虫害的应用概况

植保无人机以其高效、精准、环保等优势，在水稻病虫害防治中得到快速推广应用。国外发达国家较早开展植保无人机技术研发，在关键部件、作业系统等方面取得系列创新成果。我国植保无人机研究起步较晚，但发展迅速，在变量施药、障碍规避、农机协同等方面实现重点突破。水稻主产区积极开展应用示范，集成运用航空遥感、智能诊断、精准施药等手段，初步构建了“测报—防控—评估”一体化防控体系，为植保无人机规模化应用奠定基础。

2、植保无人机在不同水稻种植区域的推广情况

我国水稻种植区域广布，不同区域自然条件、种植制度差异显著，植保无人机推广呈现阶梯化特征。东北、华北等平原地区地块连片、地势平坦，有利于标准化作业，推广面积增长较快。长江中下游地区经济发达，农户接受度高，植保无人机的智能化功能备受青睐。西南、华南山区复杂地形对续航能力、环境适应性要求更高，新型农机服务组织成为带动植保无人机应用的主力军。总体而言，植保无人机正由点状示范向区域化推进、规模化应用加速跃升。

3、植保无人机防治水稻主要病虫害的实际效果评价

通过在水稻主要病虫害高发区开展大量试验示范，植保无人机防治水稻纹枯病、稻瘟病的药械亩控制效果较人工防治提高10%以上；对稻飞虱、稻纵卷叶螟的防治效果提升15%-20%。得益于高精度变量施药技术，植保无人机可大幅降低农药用量和劳动力投入，亩均防治成本节省30%以上。同时，植保无人机作业效率是人工防治的10倍以上，大幅提高水稻生产“减药增效”水平。总体而言，植保无人机为水稻病虫害绿色防控提供了新型解决方案。

4、植保无人机应用中存在的问题与不足

植保无人机在推广应用中仍面临诸多挑战：自主智能水平有待提升，复杂环境适应能力偏弱；高温、大风等极端天气易导致雾滴飘移、蒸发，影响沉积率；购置成本高，专业化服务组织覆盖不足；行业标准规范滞后，市场化服务良莠不齐；低空管理、农药施用监管等法律法规不明确。未来亟需多方协同发力，加快核心技术攻关、标准规范制定、示范推广引导，健全配套政策，强化行业监管，推动植保无人机在水稻病虫害防控中发挥更大作用。

三、植保无人机与传统水稻病虫害防治方式的比较

1、防治效率与效果的对比分析

植保无人机以其高效率、高精度、高技术等特点，在水稻病虫害防治领域展现出卓越优势。研究表明，植保无人机对水稻纹枯病的防治效果高达86.20%，显著优于传统人工喷雾防治水平。这得益于植保无人机独特的飞行控制和药液喷洒系统，可实现对病虫害精准打击，有效提高农药利用率。此外，植保无人机可根据作物长势、病虫发生程度开展变量喷施，在遏制病虫危害的同时减少农药使用量。不同于人工作业效果易受天气、地形等因素干扰，植保无人机凭借智能作业系统可确保喷洒均匀度，为水稻病虫害高效防治开辟新途径。

2、劳动力与成本投入的对比分析

植保无人机正在颠覆传统水稻病虫害防治格局。常规人工防治需要大量劳动力投入，作业效率低下，已无法满足现代农业发展需求。引入植保无人机可从根本上破解“防治难”问题。单架无人机的日作业量可超过20公顷，是人工效率的数十倍；以百亩稻田为例，全程防治仅需数小时，而非数十个工日。同时，依托定量喷洒技术，植保无人机可节省30%左右农药使用量，大幅降低防治成本。尽管前期投入较高，但综合考虑其多方面优势，植保无人机的单位面积防治成本依然低于人工20-50元。

3、对水稻田生态环境影响的对比分析

在传统水稻病虫害防治中，过度依赖化学农药带来的环境污染问题日益凸显。作为一种创新性解决方案，植保无人机正在重塑稻田生态保护理念。首先，相较于常规防治，植保无人机对施用农药有着更为严苛的标准，倾向于选用高效、低毒、低残留的药剂，最大限度降低生态风险。其次，得益于精准变量施药技术，植保无人机可“因病施药”，减少药剂过量使用和漂移损失。据研究显示，植保无人机防治后农药残留量较人工降低50%以上。此外，植保无人机采用超低容量喷雾，有利于提高农药在靶标上的附着量，在降低使用剂量的同时提升防治效果，更加有利于维系农田生态平衡。

四、提高植保无人机防治水稻病虫害效果的关键技术

1、大田环境下水稻病虫害的精准监测与识别技术

植保无人机要实现对水稻病虫害的精准防控，首先需建立田间的实时监测与智能识别体系。近年来，基于多源遥感数据的水稻病虫害监测技术取得重要进展。研究人员利用无人机搭载多光谱相机，获取不同生长时期水稻冠层的高光谱影像，构建光谱指数与病虫害严重度的定量关系模型，实现对稻瘟病、纹枯病等重大病害的早期诊断和面积测量。同时，深度学习方法在复杂场景下水稻病虫害智能识别中得到广泛应用。通过海量图像数据训练，构建的深度卷积神经网络模型可从无人机采集的高清彩色照片中快速、准确地识别出稻飞虱、二化螟等主要害虫，为开展“精准测报、对症防控”提供关键支撑。

2、基于水稻长势与病虫害发生程度的变量施药决策技术

传统植保无人机往往采取“均质化”的施药策略，忽视了田块内部作物长势和病虫发生程度的空间差异，导致局部用药过量或不足。针对这一难题，农业工程师开发了一套变量施药决策系统，可根据作物“健康状况”动态调整施药处方。该系统综合分析多源监测数据，包括遥感反映的植被指数、田间传感器测定的小气候参数、常规统计的病虫发生程度等，构建多因素智能分析模型，对每个网格单元的施药时间、用药种类和剂量进行优化决策，形成处方图指导无人机作业。在此基础上，将变量施药贯穿水稻生长全周期，构建覆盖农事管理、资源调配、灾害预警等环节的智能决策体系，可实现药剂利用率和防治效果双提升。

3、复杂环境下无人机的自主飞行与精准作业控制技术

水稻种植区地形地貌复杂，稻田空间结构多样，高压线、水利设施等障碍物密布，对无人机的安全飞行和精准作业构成严峻挑战。为此，亟须发展复杂环境下的无人机自主控制技术。一方面，要进一步增强传感器的环境适应性和信息获取能力，在无人机上搭载毫米波雷达、激光雷达等先进设备，通过多源异构数据融合，实现对飞行环境的全方位感知。另一方面，需要突破无人机自主导航与避障的核心算法，优化路径规划和轨迹跟踪模型，使无人机具备实时分析环境、动态调整航线的能力。同时，发展面向作物的自适应变量喷洒技术，通过实时反馈冠层参数，动态调节飞行高度和喷雾角度，在保证沉积均匀性的同时最大限度减少漂移损失。

4、施药后的药效评估与剂量优化技术

科学评估植保无人机的施药药效，是提升防治水平、减少环境污染的关键。当前，药效评估主要依赖人工取样和实验室化验，存在时效性差、过程难溯源等问题。近年来，农田农药残留动态监测技术取得新进展。研究人员利用物联网传感器实时采集环境参数，结合农药理化性质、施药工况等构建环境行为模型，模拟农药在农田生态系统中的迁移转化过程。通过与病虫监测数据、作物长势信息进行时空配准，可定量评估无人机施药效果和生态环境影响。在此基础上，农药剂量优化算法受到广泛关注。通过比对不同剂量组合下的防治效果和成本收益，筛选出最佳施药方案，在源头上实现农药减量增效。

五、促进植保无人机在水稻病虫害防治中推广应用的策略

1、加强关键核心技术的研发与集成创新

推动植保无人机在水稻病虫害防治中规模化应用，必须坚持自主创新、集成创新，重点攻克一批制约行业发展的关键核心技术。围绕植保无人机的精准作业需求，加快突破超低空飞行控制、自主避障、变量喷洒等核心技术，优化机体结构设计，提升作业效率和喷洒精度。针对水稻病虫害防控需求，发展集成机载智能诊断、靶标识别、施药决策、药效评估等功能的植保无人机系统，实现“测报－施药－评估”一体化。同时，统筹卫星遥感、低空监测、地面信息等数据资源，建立涵盖全生育期的水稻病虫害协同防控体系，为科学用药提供智力支持。

2、完善行业标准规范，规范植保无人机的生产与应用

规范行业发展亟须完善标准体系。一方面，制定植保无人机分类、关键部件技术要求等标准规范，明确动力性能、导航控制、作业覆盖率、药剂利用率等量化指标，为植保无人机的设计研发、生产制造、组装调试等提供统一遵循。另一方面，结合水稻种植特点和病虫发生规律，细化不同生育期的最佳作业参数、施药方式、药剂选择、剂量配比等要求，形成可操作的田间作业技术规程。同时，加强对植保无人机驾驶员的持证上岗管理，强化安全意识教育，规范飞防作业行为。此外，明晰事故责任认定、风险分担等法律制度，为行业健康有序发展提供法治保障。

3、加大政策支持力度，降低用户的使用成本

高昂的植保无人机购置和维护成本制约了技术推广。政府应加大政策扶持，设立专项补贴资金，对购置、使用植保无人机的农户给予一定比例补贴，降低初始投资门槛。支持金融机构开发面向新型农业经营主体的信贷产品，提供低息贷款支持。鼓励发展植保无人机“共享经济”，引导农机合作社等社会化服务组织大规模购置植保无人机，为农户提供统防统治服务，摊薄单户防治成本。完善植保无人机投入品和防治服务的价格形成机制，引导价格合理化。将植保无人机纳入农业保险范畴，提高保险保障水平，分散农户风险。此外，加大税收优惠力度，为植保无人机产业发展创造良好环境。

4、强化技术培训与示范推广，提高基层植保队伍的应用能力

当前基层缺乏掌握现代植保技术的实用人才，制约了植保无人机的精准规范使用。要采取“请进来、走出去”等方式，有针对性地开展植保无人机驾驶操作、程序设置、故障排查等实用技能培训，提升基层植保队伍的整体素质。完善农技推广体系，依托乡镇农技站、农机服务中心等，整合多方力量，构建“生产－供销－技术”一体化服务模式。在农业主产区建设一批植保无人机示范基地，发挥示范引领和辐射带动作用，探索“政府引导、企业参与、合作社组织、农户受益”的推广新机制。充分发挥新型职业农民在技术推广中的骨干作用，以点带面营造“农民学农民”的良好氛围，加速先进适用技术在生产中的转化应用。

总言之，植保无人机以其高效率、低成本、可持续等显著优势，正在成为水稻病虫害防治领域的革命性力量。但该项技术要真正实现规模化推广应用，还需在精准感知、智能决策、自主作业等方面实现新的突破。未来应以需求为牵引、以问题为导向，着力打通技术研发、标准制定、示范推广、服务监管等各个环节。同时，还要充分发挥政府引导、龙头企业带动、基层组织配合、农户积极参与的联动机制，调动多方力量协同发力。相信通过产学研用各界的共同努力，植保无人机必将成为助力我国水稻生产高质高效发展的新引擎，为保障国家粮食安全、促进农业绿色发展贡献更大力量。

（作者单位：1.535300广西壮族自治区钦州市浦北县植物保护站；2.535300广西壮族自治区钦州市浦北县农业发展中心；3.535300广西壮族自治区钦州市浦北县农产品质量安全检测站）