植保無人機信息化管理的應用與分析
——以東陽市應用為例

應恭偉，潘增輝，蔣雅妮，王 軍

（1 東陽市農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中心，322100，浙江金華；2 東陽市城東街道辦事處，322105，浙江金華）

隨著國內(nèi)植保無人機制造技術的不斷完善，當前植保無人機已經(jīng)在農(nóng)機產(chǎn)業(yè)中形成一個單獨的行業(yè)，植保無人機也從特定用途產(chǎn)品向通用產(chǎn)品發(fā)展。近年來，隨著國家制定相應的扶持政策、完善標準與補貼制度，植保無人機的數(shù)量成井噴式增長。

1 東陽市植保無人機應用現(xiàn)狀

東陽市是浙江省農(nóng)業(yè)領域“機器換人”示范縣，也是全省首批綜合性農(nóng)業(yè)“機器換人” 高質(zhì)量發(fā)展先行縣。東陽市在2014 年通過項目引進一臺10 L 天途多旋翼植保無人飛機，2015 年、2018 年陸續(xù)引進羽人、大疆、智天等品牌的植保無人機開展示范應用。從2020年開始，數(shù)量增長較快，截至2022 年11 月，全市擁有植保無人機81 臺，其中載量30 L 以上無人機達到35臺，廣泛用于水稻、小麥、茶葉、毛芋、香榧、玉米、水產(chǎn)等眾多農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的施藥、播種、授粉等作業(yè)環(huán)節(jié)，為農(nóng)業(yè)節(jié)本增效起到了巨大的推動作用。

2 信息化管理的應用優(yōu)勢

2022 年，東陽市在原有的北斗農(nóng)機信息化管理平臺上新增了植保作業(yè)模塊，通過與江蘇北斗衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)研究院、江蘇北斗農(nóng)機科技有限公司、浙大正呈科技有限公司三方技術交流，研制開發(fā)應用于植保無人機的北斗終端。同年3 月正式在植保無人機上進行安裝，到11 月底，全市已有39 臺植保無人機裝備了北斗終端。

2.1 作業(yè)情況更具體、直觀

以北斗技術為基礎建立的農(nóng)機作業(yè)監(jiān)管平臺可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、信息融合等技術，對植保無人機作業(yè)過程中產(chǎn)生的信息進行采集和展示，通過數(shù)據(jù)處理技術增強其科學性和可視性，讓作業(yè)審核工作人員可以更直觀地從地圖上了解到作業(yè)的植保無人機的歸屬、作業(yè)地塊地理位置、作業(yè)飛行軌跡、作業(yè)時間等，對涉及山林作業(yè)、跨區(qū)作業(yè)的數(shù)據(jù)審核不出錯誤，一目了然，如圖1 所示。

圖1 跨區(qū)地塊及山地地塊作業(yè)數(shù)據(jù)

2.2 農(nóng)機調(diào)度更高效、準確

北斗信息化管理平臺可以實時監(jiān)視選定農(nóng)機的作業(yè)數(shù)據(jù)，包括農(nóng)機終端在線狀態(tài)、作業(yè)速度、作業(yè)里程、實時面積等，如圖2 所示。通過即時影像圖片展示，第一時間了解農(nóng)機作業(yè)現(xiàn)場情況及作業(yè)質(zhì)量情況。通過速度曲線圖實時記錄農(nóng)機作業(yè)速度變化情況，準確掌握農(nóng)機工作狀態(tài)。同時在飛防力量缺乏或在某地遇到突發(fā)農(nóng)業(yè)病蟲害時，可以通過手機APP，向指定機主發(fā)送調(diào)度指令，組織未在線作業(yè)機組及時參與作業(yè)，就近調(diào)度受災地塊附近植保無人機前往作業(yè)。北斗信息化管理平臺可以有效打破植保飛防服務主體與被服務主體之間的信息壁壘，更高效、快速地做好植保無人機的調(diào)度響應。

圖2 植保無人機在線等情況

2.3 補貼發(fā)放更公平、準確

北斗差分定位技術已經(jīng)能夠達到厘米級的定位精度，對植保無人機的作業(yè)面積測算誤差較小，農(nóng)戶、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和市級農(nóng)機管理部門都可以在手機端微信公眾號或電腦端管理平臺實時查看相應的植保無人機作業(yè)軌跡、作業(yè)地塊、作業(yè)時間、作業(yè)圖片等作業(yè)信息，如圖3 所示。作業(yè)人員遇到數(shù)據(jù)審核有疑義的可以及時向相關管理部門反饋，管理部門則可通過后臺技術人員提供相應數(shù)據(jù)或組織人員前往實地核查，確保相應飛防數(shù)據(jù)的準確性。精準的數(shù)據(jù)采集加上及時的信息反饋，有效提升了植保無人機水稻飛防補助政策實施的科學性和準確性。

圖3 植保無人機作業(yè)明細表

3 信息化管理存在的問題

截至2022 年11 月，2022 年北斗農(nóng)機信息化管理平臺上已產(chǎn)生植保無人機作業(yè)數(shù)據(jù)6 274 條，其中有效作業(yè)數(shù)據(jù)3 331 條，有效作業(yè)面積5 860 hm2次。東陽市級農(nóng)機管理人員對每條數(shù)據(jù)與實際情況進行認真比對和審核，使用過程中出現(xiàn)的最突出的問題是數(shù)據(jù)缺失，其次是部分數(shù)據(jù)無法判斷其有效性。另外由于終端及其服務年費由政府全額出資，還存在一定的國有資產(chǎn)浪費現(xiàn)象。

3.1 北斗終端與部分植保無人機適配性不足

作為植保無人機上后續(xù)新增的附件，北斗終端自身不帶電，需要從植保無人機上取電，而不同款無人機間電壓、電流不完全相同，導致部分品牌型號的植保無人機與北斗終端不適配，進而影響了相關數(shù)據(jù)的準確性。適配性不足會導致終端不通電、作業(yè)數(shù)據(jù)缺失、作業(yè)軌跡紊亂等問題。

3.2 北斗終端“三防”不到位

目前的北斗終端固件可以滿足拖拉機、插秧機、收割機等機組的作業(yè)監(jiān)測環(huán)境需求。但近年來植保無人機的噴藥系統(tǒng)越來越先進，藥液霧化質(zhì)量越來越好，農(nóng)藥藥液的腐蝕性又相對較強，植保無人機上的北斗終端應有更高的防水防濕防腐蝕要求。在植保無人機北斗終端使用前期就出現(xiàn)了大量北斗終端進水短路，造成數(shù)據(jù)缺失、拍攝圖片無效等問題。

3.3 北斗數(shù)據(jù)采集和分析智能程度不高

北斗終端作業(yè)數(shù)據(jù)采集時拍攝的圖片是作為補貼數(shù)據(jù)審核的重要依據(jù)的。植保無人機飛防作業(yè)與插秧機機插作業(yè)不同，作業(yè)機具移動速度快，現(xiàn)有攝像頭拍攝的圖片像素較低，無法滿足審核要求，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，無法通過查看圖片確認是否為有效數(shù)據(jù)，而植保無人機飛防作業(yè)事后核查困難，極大地增加了人工核查作業(yè)數(shù)據(jù)的工作量。

3.4 所有權與使用權分離導致部分非必要的支出

東陽市北斗農(nóng)機化信息管理系統(tǒng)由政府財政全額進行補助，農(nóng)戶無需自理費用。北斗終端作為國有資產(chǎn)，所有權在國家，日常使用在農(nóng)戶主體手中，導致了一些不必要的費用支出。目前出現(xiàn)的比較突出問題包括：部分農(nóng)戶無節(jié)制地申請安裝北斗終端，即使無人機不開展作業(yè)，也要申請安裝終端，2022 年開始安裝的植保無人機北斗終端有10%～15%處于基本閑置狀態(tài)；對終端的日常養(yǎng)護缺失，植保無人機噴灑藥液、播撒化肥后，沒有任何擦洗，任藥肥對北斗終端造成腐蝕，這類損壞即使是在質(zhì)保期內(nèi)，根據(jù)協(xié)議也應由政府承擔。其他諸如終端遺失、植保無人機炸機導致終端損壞等，雖有文件規(guī)定此類損失需要農(nóng)戶主體承擔，但實施起來十分困難。

4 信息化管理發(fā)展建議

數(shù)字農(nóng)機、精準農(nóng)機是農(nóng)機發(fā)展的必然方向，北斗系統(tǒng)作為其重要基石，必將在不斷的發(fā)展和完善中與傳統(tǒng)農(nóng)機、數(shù)字農(nóng)機更好地對接。植保無人機的信息化管理是精準農(nóng)業(yè)的一次重要嘗試，數(shù)字農(nóng)機與北斗平臺的融合一定會在這樣一次次的嘗試中日趨完善，日后信息化管理必將在更多的農(nóng)機領域得到應用。

4.1 優(yōu)化政府對信息化平臺的管理模式

由政府“買硬件”向政府“買服務”轉(zhuǎn)變。政府不再進行硬件整件采購，轉(zhuǎn)為購買終端及平臺租賃服務，每年度按照信息化平臺上的實際使用數(shù)量與北斗供應廠商進行結(jié)算，非機器自身問題造成的損壞不再承擔相應費用，督促北斗廠商與農(nóng)戶做好北斗終端的日常使用和維護，減少不必要的財政支出。

4.2 提升北斗終端硬件水平

政府部門、農(nóng)機主體、北斗終端廠商三方之間應加強合作，針對實際使用中遇到的“三防”不足、適配性不夠等問題探索出合理的解決方案，保證終端的穩(wěn)定性、可靠性，減少固件質(zhì)量導致數(shù)據(jù)偏差問題。

4.3 提升北斗終端智能化水平

北斗系統(tǒng)作為應用于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要技術平臺，最大的作用不應僅僅作為面積測量工具，在數(shù)據(jù)采集和分析方面的智能化程度也應作為其重要的發(fā)展標準。以植保無人機為例，作業(yè)對象、作業(yè)類型等應可通過北斗終端自行采集分析，不需人工進行逐一審核。

4.4 打通廠商間的數(shù)據(jù)壁壘

由政府主導，聯(lián)合各植保無人機龍頭廠商，在數(shù)據(jù)測算、圖像采集等方面形成一個行業(yè)標準，使植保無人機靠自身硬件即可精準采集相應飛防作業(yè)數(shù)據(jù)，既可以解決當下飛防補助的審核難題，又可以使植保無人機在精準農(nóng)業(yè)的舞臺上大放光彩。

5 植保無人機信息化管理系統(tǒng)未來應用展望

植保無人機作為初步實現(xiàn)“無人化”作業(yè)的農(nóng)機裝備，有著作業(yè)效率高、無視地形等眾多優(yōu)點，搭配北斗系統(tǒng)的精準定位功能，若再與日趨完善的5G 通信技術結(jié)合，就能在農(nóng)業(yè)的更多領域發(fā)揮其極大的作用。第一，高效測繪耕地，讓農(nóng)業(yè)基礎數(shù)據(jù)精準上圖，通過圖像、距離等數(shù)據(jù)采集，準確了解地塊及作物信息，為“非糧化”整治、土地規(guī)模流轉(zhuǎn)、農(nóng)業(yè)保險勘察等提供便利，替精準農(nóng)業(yè)鋪平道路；第二，精準防治，對于部分傳染性不強的農(nóng)作物病蟲害，可以通過信息采集分析，確定有無感染相應病蟲害及感染程度，從而精準施肥施藥，既節(jié)約肥藥資源，又能促進生態(tài)保護，此技術也可在種植于干旱地塊且需水量不大的作物灌溉環(huán)節(jié)應用；第三，生態(tài)養(yǎng)護，在部分人力不能企及的生態(tài)系統(tǒng)需要進行防護時，植保無人機可精準到達指定作業(yè)位置，并高效優(yōu)質(zhì)地完成相應作業(yè)；第四，森林防災，主要應用于森林火災的監(jiān)測預防和救護信息采集，植保無人機搭配熱成像技術，除日常巡查排險外，發(fā)生森林火災時高效快速測報森林火情，為森林防火救火工作提供重要數(shù)據(jù)，有效解決夜間救援能見度低、濃霧彌漫危險系數(shù)高等問題。