无人机播撒技术结合气象条件的农业种植效率提升研究

摘要：文章以无人机播撒技术应用于农业种植为例，利用内蒙古通辽市开鲁县气象局掌握的气象条件，分析如何发挥两者作用促进农业种植。具体分析了无人机播撒技术工作原理、不同农业阶段的运用方式，并分析开鲁县气象条件特点对农业生产的不利影响，从农业气象条件优化无人机播撒等方面提出改善措施与办法。以期为当地农业提高种植效率，发展现代农业，带动农户增收提供一定理论参考和实践经验。

关键词：无人机播撒技术；气象条件；农业种植效率；开鲁县

伴随着世界人口数量增加及人们对食物需求的不断增加，提升农业种植效率成为保证人们食品安全的重要因素之一，而传统的农业种植方式存在一些缺陷，包括：人工成本高、作业效率低、没有根据实际情况分配耕地等情况，随着我国农业科技进步，无人机技术和无人飞行器在农业生产中得到运用，无人机播种技术能够实现种子、肥料、农药等的高效、精准播撒，从而可以减少投入，节约资源，提高作业效率，减轻劳动强度。但是目前针对无人机播种问题的研究不多，而如果充分考虑气象条件，将气象条件运用到具体的实际生产实践中去，有利于更有效、准确地使用无人机播撒作物。

一、无人机播撒技术概述

（一）无人机播撒技术原理

无人机播撒技术主要依托无人机平台搭载播撒设备，通过精确的飞行控制系统和播撒控制系统，将种子、肥料等物料按照预设的路线和剂量进行播撒。其核心在于利用无人机的机动性和精准定位能力，实现对农田的高效覆盖和精准作业。例如，在播种过程中，无人机根据事先规划好的飞行路径，在合适的高度和速度下飞行，同时播撒设备按照设定的流量和节奏将种子均匀地播撒到田间，确保种子在土壤中的分布密度和深度符合农艺要求[1]。

（二）无人机播撒技术在农业中的应用

1.播种应用

与传统播种相比，无人机播种在大范围大面积快速播种，尤其适合于那些地面崎岖不平或者土地较为分散的地方。通过精准地掌握播种量以及播种的株距，使每颗种子分布均匀，使得整个田块的出苗整齐。如在水稻直播中，利用无人机可以把种子散落到水田里，不仅避免了人工撒播稻种分布不均的现象，减轻了劳动强度，提高了工作效率和产量。

2.施肥应用

根据土壤肥力及作物生长情况准确施肥，既能提高农业生产效率，又能减少污染。利用无人机施肥可以实现变量施肥，即针对不同地块土壤养分含量以及作物长势差异而采取不同的施肥量和施肥比例。多光谱传感器可以获取农田上的数据，无人机可以通过搭载多光谱传感器等设备来进行土壤和作物的信息采集，并将所采集的数据传送到计算机上，由计算机对数据进行分析处理，给出合理的施肥方案，达到精准施肥的目的。

3.农药喷洒应用

农药喷洒是防治农作物病虫害的主要手段，但是传统的人工喷洒存在着喷洒效率低下、人工劳动强度大、农药浪费以及对环境造成污染等问题。无人机施药较人工喷洒更加高效、均匀、精准，且能实现大面积农田的快速覆盖，其喷洒效果较好，并且可以很好地防治农作物的病虫害。而且无人机可以根据病虫害发生情况和天气情况进行灵活的喷洒时间、喷洒量的选择，以减少农药的用量及残留量，达到农药减量控害的目的，从而保护好当地的生态环境。

二、内蒙古通辽市开鲁县气象条件分析

（一）开鲁县地理位置与气候特征

开鲁县地处科尔沁草原西北，属大陆性温带半干旱季风气候，总面积4488平方公里。四季分明，温差大，干旱少雨，季风气候显著。年平均气温7.3C，最冷月平均气温-12.7°C，最热月平均气温24.6°C,历年极端最高气温41.7°C，极端最低气温-33.6°C。年平均降水量 328.3mm, 6-8月 降水量221.3mm,占年降水量的67.4%，为相对多雨期。年平均相对湿度51%。无霜期适中，年霜日数79.9天。年平均日照3090.4小时。年平均风速3.5m/s,最多风向NW风。主要气象灾害有:干旱、高温、低温、冰雹、大风、寒潮、雷暴、内涝。

（二）主要气象灾害及其对农业的影响

1.干旱

开鲁县每年春季与秋季均会遭受干旱，春季干旱会导致播种缺苗断垄、出苗率低，秋季干旱会造成灌浆不足，籽粒偏小，严重时减产。长期干旱还使土壤水分变差，引发土壤沙漠化与水土流失问题，给农业生产造成长期不利影响[2]。

2.洪涝

由于降水集中且多暴雨，开鲁县在夏季容易发生洪涝灾害。洪涝会淹没农田，冲毁农作物和农业设施，导致作物根系缺氧、腐烂，甚至死亡。同时，洪涝过后还容易引发病虫害的滋生和蔓延，给农业生产带来严重的损失。

3.冰雹

冰雹也是开鲁县夏季常出现的一种灾害性天气，冰雹虽小但杀伤力极强，能导致农作物叶、茎、果遭受机械损坏，破坏农作物光合作用及营养物质运输，对作物的生长发育和产量形成造成危害，严重时能将整株植物砸死，特别是在暴打冰雹或持续冰雹的侵袭下对果树、蔬菜、药材类等经济作物可能造成毁灭性损失。

4.大风

开鲁县春季和秋季大风天气频繁，大风造成表层土壤水分散失，带走土壤表层营养物质，导致土壤侵蚀严重、发生旱情，除此之外大风还有可能会使一些农作物受到倒伏、折断等机械损伤，影响农作物正常生长、进行正常的光合作用，从而减少农作物产量及品质。

三、无人机播撒技术与气象条件的关联性

（一）气象条件对无人机播撒作业的影响

1.风力的影响

风力是影响无人机播撒作业的重要因素，当风力过大时，会影响无人机飞行姿态的稳定，从而使得播撒轨迹发生偏离，导致播撒精度受到影响，例如受到侧风的作用时，无人机会出现偏移的情况，使得种子或肥料不能均匀的分布在目标地点上，造成漏播、重播的情况，强风吹散了播撒物，增加损失量，降低播撒效果，而且还会增加无人机起降及空中悬停的难度，增加安全隐患[3]。

2.气温的影响

气温会影响无人机自身性能以及播撒物的有效性，低温会降低无人机电池的续航能力，因为随着温度的降低，化学反应速率会逐渐下降，造成无人机飞行时间变短，降低工作效率。部分对温度敏感的播撒物，如某些农药、种子处理剂等，在低温条件下活性低、药效差。高温天气会使无人机电子元器件过热而影响使用，也会加快播撒物的挥发或分解。

3.降水影响

降水将直接影响到无人机播撒作业能否开展，在下雨期间，无人机机身会被雨水淋湿，会影响飞机的飞行稳定性和电控系统的安全性能，增加短路的风险。除此之外，还会冲走撒在地表的种子或者肥料，使播种效果降低、造成不必要的损失。另外，雨水会使得土壤的湿度变大，地表状况变差，极容易造成无人机降落、起飞难度增加甚至会出现无人机下陷等风险。

（二）无人机播撒对于气象条件的反作用效果

1.改变局部小气候

无人机播撒作业会对农田局部的小气候情况产生一定影响，比如大面积播撒之后会使地表植物生长、土壤表面性质改变等引起地表热量交换、水分蒸发、空气流动等因素的改变。合理播撒可以提高植被覆盖率，降低地表温度、减少水分蒸发等对局部气候起到一定的改善作用。如果不合理播撒会造成土壤裸露、植被分布不合理等情况出现，反而会导致风蚀、水蚀加重等不良影响。

2.影响气象资料收集

采用无人机播撒技术以后，无人机所搭载的各种传感器，不仅可以用来导航以及检测播撒效果，还能收集到很多气象方面的数据信息，如温度、湿度、气压以及风速风向等信息，可以为气象观测、气象资料的收集添加一些新的方式，也可以给气象研究加入更多有价值的数据资料，对其进行分析处理可以了解农田小气候的变化规律，为精准农业气象业务与气候相关研究工作提供支撑。与此同时，还可依据气象因素进一步完善无人机播撒方案，以提高无人机播撒作业的质量。

四、基于气象条件的无人机播撒策略优化

（一）作业时机的选择

从作物生长周期以及气象条件出发确定最适宜播撒的时间节点，比如春季播种的玉米等作物应避开倒春寒季节，选在日平均气温大于适播温度且无大风天气时进行无人机播撒作业，这样可以保证种子发芽并顺利生长。如果是夏季播种的作物需要关注降水量，选择雨后或播种前1天降雨天气开展播撒作业，不要等到下暴雨前再播撒，容易造成种子及肥料被冲刷的情况发生。如果是秋天播种，则应关注气温的变化情况，不要提前播种避免早霜危害，可以在气温和土壤墒情较为适宜的时候开展播撒作业[4]。

利用好气象要素，把所有因素叠加，开展无人机播撒的计划。根据气象台的风速和温度，要看看哪些时期可以开始做相应的工作。根据不同的播种时间做不同的工作计划。在预报会出现大风天气时，可以提前做好相关的安排。这样在大风到来之前可以调整顺序优先安排施加一些像撒肥、撒草籽这样对风要求不太高的作业事项，或者可以暂停那些易受到大风影响的播种类作业事项，等待天气好转后再继续。

（二）播撒参数调节

1.依据风速与风向调定

当风速较小时（一般小于3米/秒），无人机飞行稳定性高，可适当降低飞行高度，增加播撒幅度，提高作业效率；但风速过小可能导致气流不畅，影响播撒均匀性，此时需微调播撒设备的出料速度和角度，确保物料均匀扩散。当风速较大时（超过5米/秒），为保证飞行安全和播撒效果，应提高飞行高度，减小播撒幅度，同时适当增加播撒次数，以弥补因风力作用导致的物料飘移损失。例如，在春季多风时期，若风速达到6米/秒，可将飞行高度从原本的5米提升至8米，播撒幅度缩小30%，并增加20%的播撒次数。

根据风向调整无人机的飞行方向，尽量使无人机顺风或侧风飞行，避免逆风飞行。顺风飞行时，可利用风力将物料吹向后方，增加播撒范围，但要注意控制飞行速度和播撒速度，防止物料过度飘散；侧风飞行时，需根据风向与飞行方向的夹角，适当调整播撒设备的喷射角度，使物料能够准确落在目标区域。如在东风盛行时，无人机可自东向西飞行，并将播撒设备的喷射角度向右侧偏转10°-15°，以补偿风力对物料的影响。

2.根据温度与湿度

在适宜的温度范围内（如种子发芽的适宜温度区间），可按照正常播撒参数进行作业。当温度过高时，可能会加速种子的呼吸作用，导致种子活力下降，此时应适当减少每次播撒的种子量，增加播撒频次，确保种子在合适的土壤环境中均匀分布，避免因局部种子密度过高而影响发芽率。同时，高温也可能影响无人机电子设备的性能，需要注意对无人机的散热保护。相反，温度过低时，种子的生理活动减弱，可适当增加播撒量，但要注意避免种子被冻伤。例如，在夏季高温时段（气温超过35℃），可将每次播撒的种子量减少10% - 15%，播撒频次提高20% - 30%

空气湿度较高时，物料容易受潮，影响其流动性和播撒效果。此时应提前对播撒设备进行防潮处理，如加盖防雨罩、使用防潮包装材料等，并适当加快播撒速度，减少物料在空气中的暴露时间。同时，可根据土壤湿度情况调整播撒深度，若土壤湿度较大，可适当浅播，防止种子因缺氧而腐烂；若土壤湿度较小，可适当深播，以提高种子的吸水发芽能力。如在雨季湿度较大的时期，可将播撒速度提高20%-30%，播撒深度较正常情况下减少1-2厘米。

3.考虑降水情况优化播撒方式

由于播撒存在覆盖面积广而稀疏，受到自然降水量影响较大的缺点，可结合根据降水情况优化无人机播撒方式。若出现短期降水或者土壤水分充足情况，考虑到自然降水增加水分有效性，减轻播撒次数或通过加大播撒量一次完成所有播撒工作。若出现土壤水分不足并且短期内无降雨，则通过多次少量播撒加喷灌保证土壤的湿润度，增加播撒物的水溶性物质有效利用率。如：在干旱期进行播种作业，可先少量播种，视土壤湿度状况及时补播或施肥[5]。

4.气压

气压变化对无人机的飞行性能有一定影响。在低气压环境下，空气密度减小，无人机的升力和动力性能会有所下降，此时需要适当增加无人机的动力输出，如提高电机转速或增加油门量，以维持正常的飞行高度和速度。同时，由于低气压可能导致气流不稳定，还需更加注意飞行姿态的控制和调整，确保播撒的准确性。在高气压环境下，空气密度增大，无人机的飞行效率相对较高，可适当降低动力输出，节省能源消耗。例如，当开鲁县处于海拔较高的山区（气压相对较低）进行无人机播撒作业时，可将电机转速提高5%-10%，以补偿空气密度减小对飞行性能的影响。

(三)针对恶劣天气的保障措施

1．建立应急措施

制定针对恶劣气象条件的应急预案与响应机制，遇大风、暴雨、冰雹等恶劣气象条件时立即停止作业并将无人机降落于指定地点，在对已播撒区域做好标记、记录的同时立即开始补播或采取其他措施。对工作人员进行加强培训及演练，提高其面对突发恶劣天气时的应急处理能力、安全意识等。

2．配备相应的保护措施

采取相应的防护措施及技术手段为无人机提供防风、防雨、防雹等防护措施，例如安装防风罩、防雨罩以及防护罩等来保证无人机不受恶劣天气影响而造成设备损伤及故障问题。通过运用气象监测手段（如便携式气象站、卫星云图接收机等）随时观察当地作业区的气象变化情况，实时向驾驶员传送所需的数据资料，并对作业信息进行反馈，根据实际作业情况进行调整操作参数。也可通过在无人机上加装小型气象传感器，采集飞行期间气象数据并回传地面站分析。

3.选择适宜的作业场地和存储条件

对恶劣的气象状况到来之前，提前将无人机转入室内场地存放，避免由于气候原因而导致设备损毁。同时注意作业场地的选取，在气候条件较为恶劣的时候要考虑气候因素的影响，尽量选择在地势较高的地方，以及有较好排水效果和较少受到强风侵袭影响的起降点和作业区域。例如：若在山区，则尽可能避免选择在易积水以及强风侵袭的山谷作业。而在平原地区则要避开大树、电线杆等环境条件选取开阔、地势较高的地方作为作业区。

结束语

本文通过对无人机播撒技术与气象条件的深入研究分析，表明两者的结合对于提升内蒙古通辽市开鲁县农业种植效率具有重要意义。通过充分利用当地的气象资源并合理规避其不利影响，制定科学的播撒策略，实现精准、高效作业，提高资源利用率，增强抗灾能力，从而带来显著的经济、社会效益并推动农业现代化进程。在未来发展中，应不断加强技术创新、完善数据应用、强化政策支持以促进无人机播撒技术与气象服务更好地融合应用于农业生产实践，为保障国家粮食安全促进农业可持续发展做出更大贡献。

参考文献：

[1]杨磊.无人机技术在传统小麦病虫害防治工作中的应用优势与融合策略[J].种子世界,2025,(03):159-161.

[2]张少伟.气象信息服务在山西省农业种植结构优化中的应用[J].农业科技创新,2025,(06):62-64.

[3]张佳睿.基于气象预警的农业种植结构优化和产业化发展研究[J].粮油与饲料科技,2024,(11):122-124.

[4]凌先龙.现代农业机械化在农业种植技术中的作用探讨[J].河北农机,2024,(23):31-33.

[5]韩雪梅,郑霞.无人机技术在现代农业工程中的应用分析[J].新农民,2024,(14):114-116.