植保無人機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)與變量施藥技術(shù)研究

王升海

摘 要：多旋翼植保無人機(jī)是我國農(nóng)業(yè)無人機(jī)植保的新方式，近年來不僅發(fā)展速度快，而且體現(xiàn)出了顯著的作業(yè)優(yōu)勢，通過對(duì)現(xiàn)階段農(nóng)用植保無人機(jī)作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分析，說明了多旋翼植保無人機(jī)作業(yè)時(shí)的優(yōu)勢與不足，并對(duì)植保無人機(jī)應(yīng)用變量施藥技術(shù)的實(shí)施方式進(jìn)行了研究與總結(jié)，說明了在植保無人機(jī)上應(yīng)用變量施藥技術(shù)的必要性。

關(guān)鍵詞：植保無人機(jī);應(yīng)用特點(diǎn);變量施藥技術(shù);研究

中圖分類號(hào)：S251 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.014

植保工作是農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工作項(xiàng)目，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化經(jīng)營增多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)農(nóng)業(yè)植保作業(yè)的能力提出了更高的要求。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植保工作多通過人力噴霧或背負(fù)式的半自動(dòng)噴藥機(jī)進(jìn)行噴霧植保，而這種噴霧植保的作業(yè)形式并不適用于大面積農(nóng)田的作業(yè)使用，采用人工對(duì)大面積農(nóng)田進(jìn)行植保作業(yè)不僅效率低下，還容易發(fā)生中毒等人身安全事故。近年來我國的植保機(jī)具水平得到了大幅度提升，輪式植保機(jī)具應(yīng)用逐漸增多，與此同時(shí)，多旋翼無人機(jī)植保作業(yè)也以新的形式出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，使農(nóng)業(yè)植保作業(yè)變的更為智能與靈活，且作業(yè)效率和質(zhì)量都得到了顯著提升。

1 植保無人機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)和不足

1.1 應(yīng)用優(yōu)勢

多旋翼植保無人機(jī)采用專業(yè)飛手遠(yuǎn)程操控的方式進(jìn)行作業(yè)，與傳統(tǒng)的輪式植保機(jī)械作業(yè)相比，具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。

（1）作業(yè)靈活性好。首先植保無人機(jī)的體積小巧，在田間運(yùn)輸轉(zhuǎn)移十分方便，且作業(yè)時(shí)因采用飛行的方式植保，因此可以不受山地、丘陵、水田等不利地形的影響，對(duì)不同情況的地勢通過不同的作業(yè)方案和自適應(yīng)能力能夠?qū)崿F(xiàn)良好的作業(yè)效果。

（2）植保作業(yè)效率高。在使用植保無人機(jī)作業(yè)時(shí)，由于其自動(dòng)化程度高，只需通過前期對(duì)農(nóng)田的定位和勘測，即可形成合理的自動(dòng)化作業(yè)方案，無人機(jī)會(huì)結(jié)合GPS技術(shù)和傳感器技術(shù)自動(dòng)按照預(yù)定路線進(jìn)行噴施，作業(yè)過程不需要人工干預(yù)。當(dāng)無人機(jī)缺少農(nóng)藥或電量不足時(shí)，其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)返航，在補(bǔ)充農(nóng)藥或更換電池后，可自動(dòng)回到之前工作位置繼續(xù)作業(yè)，滿足斷點(diǎn)續(xù)噴的作業(yè)要求，不易出現(xiàn)漏噴或重噴的作業(yè)質(zhì)量問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，優(yōu)質(zhì)的無人機(jī)植保作業(yè)效率可達(dá)到人工作業(yè)的60倍以上。

（3）施藥能力顯著增強(qiáng)。植保無人機(jī)采用多旋翼的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)階段使用的無人機(jī)以4旋翼、6旋翼、8旋翼機(jī)型居多，植保無人機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖所示。在進(jìn)行植保作業(yè)的過程中，螺旋槳產(chǎn)生的下旋氣流能與下方的噴霧桿進(jìn)行配合，將噴出的細(xì)化霧滴向植株的下方帶動(dòng)，使噴霧具備更強(qiáng)的穿透力，農(nóng)藥霧滴能夠?qū)θ~背及根部實(shí)現(xiàn)覆蓋，從而有效減少農(nóng)藥的漂移量，增強(qiáng)植保作業(yè)的防治效果。

（4）節(jié)能環(huán)保效果好。采用植保無人機(jī)作業(yè)利用高霧化噴頭和高植保能力，能顯著降低農(nóng)藥和水的使用量，減少作業(yè)過程對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生藥害和對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的可能性;同時(shí)，植保無人機(jī)作業(yè)相對(duì)于傳統(tǒng)輪式機(jī)具作業(yè)更節(jié)能，且不會(huì)對(duì)植株產(chǎn)生碾壓等破壞問題，有利于保護(hù)農(nóng)作物正常的生長狀態(tài)。

（5）有利于保護(hù)作業(yè)人員的人身安全。由于采用遠(yuǎn)程遙控的方式進(jìn)行作業(yè)，在實(shí)際的植保范圍內(nèi)并沒有工作人員參與，這種遠(yuǎn)離工作區(qū)的遙控作業(yè)方式，能有效避免植保人員受到農(nóng)藥中毒等危害，同時(shí)，自動(dòng)化作業(yè)的形式也能減少輔助人員的參與數(shù)量。

1.2 應(yīng)用中的不足

盡管近年來我國的植保無人機(jī)技術(shù)取得了較快的發(fā)展，但是前期的技術(shù)開發(fā)多以參考國外的成熟機(jī)型為主，自主核心技術(shù)仍處于缺乏的狀態(tài)，導(dǎo)致無人機(jī)植保在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在較多的問題。

（1）缺乏規(guī)范的農(nóng)藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與植保技術(shù)相配套。由于在植保作業(yè)過程中沒有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)約束，在實(shí)際作業(yè)中常存在著農(nóng)藥噴灑超量、農(nóng)藥噴灑不均勻、作業(yè)中藥霧飄移散失等問題，同時(shí)由于沒有對(duì)操作的規(guī)范性要求，飛手在實(shí)際操作時(shí)缺乏統(tǒng)一的作業(yè)流程、速度控制、飛防技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)化的參考，不利于形成規(guī)范統(tǒng)一的科學(xué)作業(yè)效果。

（2）專用藥劑的研發(fā)相對(duì)滯后。植保無人機(jī)作業(yè)時(shí)所使用的藥劑與傳統(tǒng)的輪式植保機(jī)械存在較大差別，植保無人機(jī)所攜帶的農(nóng)藥通常要求密度高、易于霧化、附著性好、耐于水、耐蒸發(fā)等特點(diǎn)，而現(xiàn)階段農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)并沒有重點(diǎn)針對(duì)無人機(jī)植保進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，致使無人機(jī)在植保作業(yè)中仍采用普通高濃度農(nóng)藥進(jìn)行作業(yè)，在一定程度上影響了植保能力的發(fā)揮。

（3）沒有形成系統(tǒng)的操作人員培訓(xùn)體系。現(xiàn)階段對(duì)植保無人機(jī)的使用只能依靠專業(yè)的無人機(jī)飛手進(jìn)行操作，導(dǎo)致農(nóng)民個(gè)人購買無人機(jī)后操作技能不足，很難實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)，既使經(jīng)過生產(chǎn)廠家的技術(shù)培訓(xùn)，以我國農(nóng)民的學(xué)習(xí)能力仍很難達(dá)到專業(yè)飛手的技術(shù)要求，導(dǎo)致個(gè)人使用植保無人機(jī)作業(yè)的效果不佳。

2 植保無人機(jī)變量施藥技術(shù)的實(shí)施

隨著精確噴藥理念在農(nóng)業(yè)植保工作中應(yīng)用與普及，很多先進(jìn)的植保技術(shù)被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如變量噴藥技術(shù)、靜電噴霧技術(shù)、對(duì)靶噴霧技術(shù)等。植保無人機(jī)作為先進(jìn)的智能植保機(jī)具，將其與變量噴藥技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，能有效提高其植保能力，減少植保過程中產(chǎn)生的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染。

2.1 變量噴藥的霧化要求

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植保作業(yè)過程是十分復(fù)雜的，針對(duì)農(nóng)作物不同生長期的病蟲害預(yù)防，以及對(duì)已經(jīng)發(fā)生的不同病蟲害進(jìn)行治療，所采用的噴霧技術(shù)均存在較大差異。通常情況下，按照最合理的噴藥作業(yè)技術(shù)需求，對(duì)霧化噴頭所噴出的霧滴的適用情況進(jìn)行總結(jié)，具體應(yīng)用情況及霧滴細(xì)化直徑如下表所示。

2.2 變量噴藥技術(shù)的實(shí)施方法

變量噴藥技術(shù)是一項(xiàng)智能化的自動(dòng)調(diào)節(jié)的噴藥技術(shù)，它能夠根據(jù)無人機(jī)的飛行速度、雜草病蟲害嚴(yán)重程度、自然條件的變化等因素自動(dòng)調(diào)整藥業(yè)噴出的壓力、霧化程度和流量，其主要的變量控制方法包括以下三大類：

（1）傳統(tǒng)的壓力變化控制法。根據(jù)無人機(jī)上所配備的多種傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知后，能夠自動(dòng)形成植保方案，能夠自動(dòng)匹配作業(yè)速度和環(huán)境變化等因素。利用無人機(jī)噴藥系統(tǒng)中的減壓閥調(diào)整噴頭位置的壓力與流量，以滿足改變噴藥量的功能需求。

（2）滯環(huán)控制法。通過在作業(yè)時(shí)設(shè)計(jì)合理的變量范圍，通常的變量范圍設(shè)置在0.9～1.1之間，當(dāng)噴藥量小于0.9時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整壓力使噴藥量增加，當(dāng)噴藥量超過1.1時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整減小噴藥量，以此避免產(chǎn)生噴藥量不足或噴藥過度產(chǎn)生藥害等問題。

（3）智能控制法。這種方法結(jié)合了數(shù)學(xué)計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)分析能夠?qū)?shí)時(shí)的噴藥壓力與環(huán)境因素等變量進(jìn)行對(duì)比，還可以結(jié)合GPS系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)對(duì)電液比例閥進(jìn)行控制，不僅能夠保證噴藥過程中的穩(wěn)定性，還能針對(duì)病害的嚴(yán)重與否智能調(diào)整藥量，以滿足植保作業(yè)的最佳化要求。

3 結(jié)語

植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)展現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢，也受到了廣大農(nóng)業(yè)經(jīng)營者的認(rèn)可與使用，但無人機(jī)技術(shù)要想得到近一步的優(yōu)化與提升，還必須接受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更長久的實(shí)踐與機(jī)械性能結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化。這要求植保無人機(jī)具備更強(qiáng)的普及性和使用率，這需要農(nóng)業(yè)主管部門對(duì)無人機(jī)行業(yè)給與更好的政策支持，通過購置補(bǔ)貼和農(nóng)機(jī)推廣等方式，促進(jìn)農(nóng)用植保無人機(jī)的廣泛使用，以便于在實(shí)踐中優(yōu)化技術(shù)能力，使我國的農(nóng)業(yè)植保的機(jī)械化作業(yè)更加高效與智能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蒙艷華， 周國強(qiáng)， 吳春波，等. 我國農(nóng)用植保無人機(jī)的應(yīng)用與推廣探討[J]. 中國植保導(dǎo)刊， 2014，34（S1）：33-39.

[2] 劉澤鋒， 唐宇， 駱少明，等. 多旋翼植保無人機(jī)變量噴灑系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究， 2018， 40（12）：47-54.

[3] 司軍鋒， 張玥， 周鵬，等. 植保機(jī)械變量噴藥控制系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械， 2015（5）：89-93.