淺談農用植保無人機噴灑技術的應用

張耀 王文強 張香香

摘 要 隨著我國農業的不斷發展進步，人們對農業的經營模式有了更高要求，農用植保無人機噴灑技術越來越受到重視。相較于傳統的地面施藥來說，無人機噴灑具有獨特的優勢。因此，介紹農用植保無人機噴灑技術的優勢及制約發展的因素，分析無人機的技術研究及未來發展趨勢，希望能夠對無人機的發展提供一定幫助。

關鍵詞 農用植保無人機;噴灑技術;經營模式

中圖分類號：S251 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.11.087

自2014年中央一號文件提出要加強農業航空建設以來，農用植保無人機技術發展迅速。和傳統的施藥方式相比，無人機噴灑具有眾多獨特的優勢[1]。我國的無人機研究雖然起步較晚，但是發展前景十分廣闊。

1 農用植保無人機的優勢

1.1 噴灑效果強

傳統的人工噴藥方式很難保證農藥噴灑的均勻性，可能存在重噴或者少噴的情況。而農用植保無人機采用的是低空或者超低空作業，能夠通過精準的導航系統調節無人機和農作物的距離，并且通過霧化器確保噴霧的均勻霧化，從而使噴出的藥液能夠均勻附著在農作物表面，確保噴藥的均勻性。

1.2 無人駕駛，安全性更高

傳統的噴藥方式在實際使用過程中，農藥可能會被施藥的人員直接吸入身體，對身體健康造成影響。而無人機直接由人員遠程遙控無人機，不需要專業的飛行員操作，有效節約了工作量，同時避免了工作人員和農藥的近距離接觸，有效減少了農藥對施藥人員帶來的身體健康影響[2]。

1.3 噴霧工作效率高

無人機施藥工作具有較高的工作效率，是普通噴灑機械的4倍左右，可達到人工噴藥的60倍以上，且噴藥效率高，能夠確保農作物在發生大規模病蟲害時迅速做出防治，及時遏制病蟲害的進一步發展，保證農作物的經濟利益，減少病蟲害帶來的經濟損失。

1.4 適用性強

植保無人機能夠適用各種地形類型。無人機垂直起降，不會受到地形因素的影響，對于傳統農機具無法進入的地形如山地、水田、沼澤等，都可以使用無人機來解決。同時，無人機的使用不會受到作物長勢的限制，不管處于哪個生長階段的農作物都適用。

1.5 節省成本，保護環境

采用無人機施藥可以節省一定的成本，提高藥物的使用效率，同時提高水資源的利用率，從而有效減少農藥殘留對水源及土壤的影響，還能夠有效節約水資源。

1.6 對農作物的傷害較小

傳統的地面施藥器械或者人工施藥，在農作物生長后期或多或少會對農作物的生長產生一定影響，而使用無人機噴灑技術不會對農作物進行碾壓或者損傷，也不會破壞土壤結構，因此能夠有效減少對農作物的傷害，確保其正常生長。

2 我國農用植保無人機發展的制約因素

隨著我國對農業航空技術的重視，農用植保無人機的使用范圍逐漸擴大，且我國各個地區從事無人機生產的企業數量也在增多，特別在經濟發展水平較高的地區，農用植保無人機的企業分布更加密集。我國的植保無人機市場雖然具有廣闊的應用前景，但是還存在某些制約因素，限制了其市場發展[3]。

2.1 企業規模小，無人機質量參差不齊

我國農用植保無人機企業的密集型較強，通過分析企業規模后發現，很多無人機生產企業規模較小，且使用不同的生產標準，使得無人機的技術方面存在較大的差異性，對產品的質量造成了較大影響。很多企業并不具備獨立開發技術的能力，會影響無人機的生產質量。

2.2 缺乏統一的行業標準

我國在對低空和超低空植保無人機進行研發和制造的過程中，并沒有形成統一的執行標準及要求，且相關制度存在缺陷，對市場監管機制不完善、行業標準不統一，尤其是基礎設施沒有完善，對植保無人機產業的發展帶來了一定影響。

2.3 國家扶持政策不健全

植保無人機的售價較高，多在5萬元以上，且后期維修、維護費用對農戶來講是一筆較高的成本。目前，國家對無人機的扶持還沒有全面展開，全國范圍內也僅有幾個省份將無人機納入補貼。所以，對于很多農戶來講，購機熱情不高，進一步制約了無人機的推廣普及。

2.4 無人機售后服務不到位

由于我國植保無人機的發展起步較晚，很多方面沒有形成相應的配套制度和服務。比如，無人機使用過程中缺乏專業的人員操作或者指導，針對農用植保無人機的服務及培訓工作不到位，沒有形成完善的無人機售后服務體系，造成植保無人機的使用感較差，進一步影響了它的發展推廣。

2.5 本身缺點的制約

目前，我國遙控植保無人機主要有燃油動力無人機和電池動力無人機兩種類型。無人機本身的缺點也會對其應用發展帶來一定影響。燃油動力無人機能夠承載較多的農藥，航行時間長，作業范圍大，缺點是售價較高，燃油可能噴灑到農作物上造成污染，且無人機整體維護較為困難，發動機磨損較大。電動無人機售價相對較低，電機壽命較長，且環保無污染、易操作維修，但航行時間短，需要頻繁更換電池，需要配置發電機給電池充電。

3 農用無人機噴灑技術的研究進展

3.1 液滴霧化

對于無人機噴灑技術的研究主要集中在兩個方面——霧滴沉降規律、防止漏噴和復噴的現象。目前，主要有2種噴頭霧滴霧化形式——液化式霧化和離心式霧化。離心式霧化可以減輕噴灑設備的重量，利用發電機供電給噴頭電機，使得農藥液滴通過離心力甩出形成霧滴。這是無人機最常采用的霧化噴頭，可調節噴頭的轉速改變霧滴的大小。無人機飛行過程中會對周圍氣流產生影響，從而間接影響農藥霧滴的下落，會影響農藥的噴灑范圍，從而影響到對病蟲害的防治效果。為了進一步確保無人機噴灑效果，需要對霧滴的噴灑路徑進行更深入的研究[4]。

3.2 運輸及沉降過程

農藥霧滴在低落和沉降過程中會受到多種因素的影響，因此其運動狀態具有不確定性，會出現多種情況。所以，要想研究空氣流場中霧滴的運動狀態，需要建立數學計算模型。對于運輸和沉降的研究，一般是通過在實驗室中借助軟件來模擬噴霧的過程。通過計算機模型模擬飛行器在航行過程中噴霧的過程，可以反映出霧滴的沉降受風速、霧滴蒸發速度以及空間氣流速度等。

3.3 氣候條件對噴灑的影響

影響無人機噴灑效果的因素眾多，如噴霧時間、不同的地形地勢等。此外，無人機機翼旋轉產生的氣流、噴灑過程中產生的熱量以及風速、風向等，也會影響噴灑范圍。如何減少藥液的飄散和揮發帶來的損失是研究的重點。有相關研究表明，當大氣溫度高于28 ℃時，最好停止噴灑，且霧滴的漂移與風速呈現線性相關。為了控制霧滴的漂移、最大限度地提高農藥的使用效率，需要對氣候條件進行研究。

4 農用植保無人機的發展趨勢分析

4.1 研發安全穩定的移動端操作平臺

進入智能化時代，植保無人機產品和移動端智能化操控相結合是重要的研發方向。通過手機APP直接操控無人機，可以對其進行上升懸停、航線規劃、GPS導航及虛擬搖桿操作等，并且解決了無人機無法感知及避開障礙物的問題。因此，研發更加穩定、安全且成熟的移動端操作平臺，是植保無人機的重要發展方向。

4.2 精準施藥技術

提高農藥的利用率、減少農藥殘留和環境污染是無人機的優勢所在，而通過研究精準施藥技術能夠有效放大優勢。通過改變變量噴藥控制方式來實現精準噴藥技術是新的發展方向，開發高效的航空遙感系統是最新的發展趨勢。無人機搭載航空遙感技術可以通過空間圖像對農作物的生長、營養狀況及病蟲害進行分析。關于先進傳感器的研究，國外已經取得了較大進步，我國對此類技術的研究也相繼開展，未來我國的植保無人機精準施藥技術會取得更大發展和進步。

4.3 航空植保靜電超低容量施藥技術

傳統的噴霧方式只有25%～50%的藥液附著在農作物上，農藥利用率低，且對環境帶來了污染。使用靜電噴霧能夠有效增加藥液的附著率，減少漂移，同時有效提高藥液利用率，減少環境污染。關于航空靜電施藥技術的研究，國外發展較早且取得了不錯的成果，而國內對靜電噴霧方面的研究較少。隨著技術的不斷進步發展，靜電噴霧技術會得到更加廣泛的應用和發展。

4.4 提高載量和航行時長

植保無人機普遍存在的問題是承載質量較小，且航行時長較短。隨著土地流轉的增加及土地的集中，高運載量、高航行時長的無人機需求會逐漸增多。提高無人機的載藥量，增加飛行時長，能夠有效提高無人機效率。此外，高載藥量、長航行時間的無人機也會是今后的趨勢。

5 結語

通過對國內植保無人機噴灑技術的分析，可以看出國內無人機技術雖然起步較晚，但是在無人機領域的研究取得了長足進步且在持續發展中。隨著無人機低空或超低空噴灑技術的不斷完善，植保無人機的使用越來越廣泛，成為防治病蟲害的有效手段。我國的無人機技術還需要進一步發展改進，需要各方面共同努力，如加大研發力度、國家方面提供政策支持等，從而為植保無人機的產業發展奠定穩定道路。總體來說，雖然我國的無人機技術仍然處于起步階段，但隨著國家投入的增加及科技的不斷發展，植保無人機會得到更加廣泛的應用，促進我國農業的可持續健康發展。

參考文獻：

[1] 田士秋.我國農用植保無人機的應用與推廣探討[J].農民致富之友，2018（17）：247.

[2] 婁尚易，薛新宇，顧偉，等.農用植保無人機的研究現狀及趨勢[J].農機化研究，2017（12）：1-6.

[3] 徐芳.農用植保無人機的應用及市場前景[J].農業裝備技術，2016，42（1）：49-51.

[4] 張云碩，史云天，董云哲，等.農用植保無人機噴灑技術的研究[J].農業與技術，2015，35（21）：46-47.

（責任編輯：劉昀）