高海拔地區水稻田的無人機植保應用

施新杭李航 黃赟 趙晉、金華市農業機械研究所 、杭州天客投資咨詢有限公司

高海拔地區水稻田的無人機植保應用

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1、金華市農業機械研究所 2、杭州天客投資咨詢有限公司

本文應用大疆MG-1農業植保機，對海拔1000米地區的有機水稻進行植保作業。高海拔地區受其地理位置及地形因素影響，水稻田的布局有別于平原地帶，以梯田為主，植保過程復雜且難度較大，耗時、耗力、耗人工。經試驗表明，使用農業無人機植保作業，不僅成倍提高了植保作業效率，良好的霧化水平也進一步提升了農藥利用率，降低了使用量，符合生態、環保理念。

農業植保無人機；1000米海拔水稻；梯田植保；用藥量

1 農業植保無人機簡介

無人機(Unmanned Aerial Vehicle)，簡寫“UAV”，全稱無人駕駛飛機，是指利用無線電遙控設備，和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機[1]。而農業植保無人機，就是針對農業植保領域特殊的農藝需求，采用算法優化的農作物植保作業智能飛行模式，裝載農用藥劑進行農作物保護作業的無人機。

深圳大疆于2015年11月27日發布首臺農業無人植保機MG-1，專為農業植保設計，集成先進的飛控、可靠的內循環冷卻系統、便攜的折疊機身和操控簡易的定制遙控器；配備八軸動力系統，標準作業載荷為10 kg，作業效率高達2.7～4.0 hm2/h(40～60畝/h）[2]。

圖1 大疆MG-1農業植保機

本試驗使用MG-1農業植保機，于浙江麗水云和后垟村進行了1000米高海拔地區農業植保作業。平原地區的水稻種植，年噴灑農藥次數約5～6次[3]，高山地區由于特有的自然環境、光照及濕度條件，晝夜溫差大，每年只需在病蟲害高發的夏季進行單次植保作業即可。

2 人工植保

2.1 人工植保噴灑流程

高海拔地區的水稻植保過程，一般是人工背負15kg藥箱，使用帶高壓水槍的澆灌式噴頭噴灑。作業時，由于噴藥不均勻常通過補噴來實現用藥量均勻，然而多次來回噴灑，導致重噴區域實際用藥量增加[5]，如圖2所示。

圖2 人工高壓水槍來回噴灑農藥藥量分布

2.2 人工植保效率及用藥情況

對于高山梯田地區，其農田間距相對平原地區更小，不同田塊間有一定的高度差，植保作業相較于平原地區難度更大。本文所用的水稻田總面積8000余m2，約12畝，按農戶經驗，噴灑用藥液為1260L，植保作業耗時16小時（未計配藥時間）。

表1 人工植保效率及藥液濃度

本文植保作業所使用的農藥為新配方噻嗪酮及氯蟲苯甲酰胺進行配比，噻嗪酮屬昆蟲生長調節劑類殺蟲劑，具有持續性殺幼蟲活性，可有效防治水稻上的大葉蟬科、飛虱科等。但噻嗪酮過量使用會造成土壤、水體污染，在作物上形成農藥殘留[6、7]。本文植保作業使用的藥液配比為500g藥劑配30L水。而氯蟲苯甲酰胺具有其他任何殺蟲劑不具備的全新殺蟲原理，且該農藥屬微毒級，對農產品無殘留影響。本文植保作業使用的藥液配比為2包藥劑配30L水，藥劑含量為5ml/包。經統計，采用人工噴灑的用藥量情況如表2所示。

表2 人工植保用藥情況

從表2可以看出：人工噴灑的實際用藥量均為推薦值的3倍以上，對于毒性更高的噻嗪酮使用量更是達到5～8倍。

3 無人機植保

圖3 大疆精靈4無人機測算實驗田面積

為計算MG-1農業植保機作業效率，首先對實驗噴灑田進行面積測算。本文使用大疆精靈4無人機進行面積測算，飛到實驗田正上方，拍攝實驗田正攝圖像，如圖3所示，將傳輸回來的圖像經過鏡頭畸變校正處理，采用圖像面積分析軟件進行計算。

表3 無人機植保作業效率

測得實驗田面積為2823m2，約4.23畝。由于梯田層間有高度差，且形狀不規則，本試驗采用手動控制模式進行噴灑。統計噴灑速度、噴灑高度、作業時間以及使用的藥液濃度比，以初始農藥濃度比例為1.0，實驗田高度從高到底，依次標記為A-1～A-5，噴灑定高3m。

從圖表可知，MG-1農業植保機噴灑4.23畝實驗田共用時 307s即 5.1min左右，作業效率為：0.83mu/min，人工噴灑效率為0.75mu/h即0.0125mu/h，無人機效率是人工作業的66.4倍。

本次實驗利用無人機下旋氣流提高農藥的霧化效果，使得農藥噴灑更均勻。以此為基礎在實驗中逐步降低農藥噴灑濃度，以降低每畝土地的農藥使用量。

無人機植保作業，可以代替人工勞作，不止是平原地區，在地形復雜的梯田上仍能夠保持較高的作業效率，是人工作業效率的60余倍。

4 展望

本次作業，對1000米高海拔地區水稻梯田進行了無人機植保與人工噴灑效率的對比，由于該地區地形復雜，梯田結構，單塊面積較小，人工噴藥較多時間耗費在不同田塊的奔波，數量級的效率差異充分體現了無人機作業的高效性；并且在已知農藥濃度較高的情況下，對噴灑區域進行逐步降低濃度噴灑試驗，并測試了不同噴灑速度，以達到適合的農藥濃度及單位用藥量。由于實驗條件限制，沒有完成多濃度梯度及飛行參數的正交因素實驗，尋找最佳農藥噴灑量仍有待試驗。我國“十三五”規劃中提出“到2020年農藥使用量零增長”，無人機作業霧化效果好，噴藥均勻，可以有效減少農藥用量，為農業生態環境的可持續發展提供進一步的保障。

[1]大疆推出首款農業植保無人機[J].農業機械, 2015(23)：33.

[2]郭凱.農業植保無人機的飛行安全知識[J].當代農機,2016(4)：63-64.

[3]袁玉敏.農業植保無人機高精度定位系統研究與設計——基于GPS和GPRS[J].農機化研究,2016(12)：227-231.

[4]吳小偉,茹煜,周宏平.無人機噴灑技術的研究[J].農機化研究,2010(7)：224-228.

[5]王旭景,劉紹鋒.無人植保機的結構原理與推廣應用[J].時代農機,2015(6)：10-14.

[6]王昌陵,何雄奎,王瀟楠等.無人植保機施藥霧滴空間質量平衡測試方法 [J].農業工程學報,2016(11)：54-61.

[7]賈鵬宇,馮江,于立寶等.小型無人機在農情監測中的應用研究[J].農機化研究,2015(4)：261-264.

施新杭，1987年12月出生，研究方向：農業機械裝備及農機檢驗檢測技術。