植保無人機技術(shù)原理及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用特點分析

摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提升，植保無人機技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中得到了應(yīng)用和發(fā)展，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的藥物噴施等方面。植保無人機是農(nóng)業(yè)航空技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要體現(xiàn)，在西方發(fā)達國家得到了更為廣泛的應(yīng)用，并且取得的應(yīng)用效果較好。當前在我國的應(yīng)用還處于初級推廣時期，加強相關(guān)方面的技術(shù)應(yīng)用研究有著十分重要的作用。本文主要分析植保無人機種類、技術(shù)原理、在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用特點，并探析應(yīng)用優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：植保無人機;技術(shù)原理;農(nóng)業(yè)生產(chǎn);應(yīng)用分析

我國是糧食種植大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是我們國家的重要經(jīng)濟支撐，農(nóng)作物生產(chǎn)受到病蟲害的負面影響較大，需要通過開展農(nóng)藥噴施等方法進行治理。近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，農(nóng)業(yè)土地經(jīng)營和生產(chǎn)不斷向著集約化和規(guī)?；较虬l(fā)展，使得傳統(tǒng)形式的植保工作在效率和質(zhì)量方面無法滿足當代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要。植保無人機技術(shù)是隨著科技技術(shù)的進步而產(chǎn)生的新型農(nóng)業(yè)技術(shù)產(chǎn)物，具有重量輕、體積小、操作靈活和運輸便捷等使用優(yōu)勢，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中主要應(yīng)用于農(nóng)藥的噴施，可以起到提升作業(yè)效率，降低成本支出的作用。隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行業(yè)的不斷發(fā)展，加強技術(shù)應(yīng)用方面的研究，對于推動行業(yè)經(jīng)濟實現(xiàn)創(chuàng)新提升起到了重要性作用，同時，當前植保無人機技術(shù)在我國還處于初級階段，存在一定的使用限制，因此加強相關(guān)技術(shù)方面的研究對于提升該項技術(shù)的應(yīng)用效果起到了積極性作用。

一、植保無人機種類分析

植保無人機具有使用效率高、農(nóng)藥噴灑均勻等應(yīng)用優(yōu)勢，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作的開展起到了較大推動作用，特別是當前我國農(nóng)村地區(qū)的勞動力不斷向城鎮(zhèn)地區(qū)進行轉(zhuǎn)移，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于技術(shù)的依賴性不斷提升，植保無人機的應(yīng)用，可以在很大程度上減少人工作業(yè)的勞動量和工作難度。植保無人機在品牌、型號和技術(shù)特點方面存在一定的差異性。

本文主要從植保無人機飛行特點方面進行種類劃分，分為單旋翼和多旋翼兩大類型。受到機械設(shè)計結(jié)構(gòu)等因素的限制性影響，單旋翼類型的植保機以燃油機作為發(fā)動機情況較多，但是也有部分電動機形式。多旋翼類型的植保機大多采用電動機。兩種類型的植保機從操作難度方面進行區(qū)分，則單旋翼類型無人機操控難度較大，需要專業(yè)性人員進行操作;多旋翼類型的無人機因為機型校，因此操作也簡單，并且從技術(shù)發(fā)展角度和市場需求角度而言多旋翼類型的無人植保機更具發(fā)展優(yōu)勢。多旋翼類型無人植保機，依據(jù)其旋翼數(shù)量進行分類，有四、六、八、十二等不同數(shù)量旋翼機型，可以更好地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。多旋翼類型的無人植保機，可攜帶的農(nóng)藥數(shù)量受到自身機型方面的差異性影響，通常在5至20升之間，工作效率較高。

二、植保無人機技術(shù)原理分析

（一）植保無人機主要組成結(jié)構(gòu)

在功能組成結(jié)構(gòu)方面，植保無人機主要包含了動力、噴灑、控制、輔助等幾方面的結(jié)構(gòu)。其中動力結(jié)構(gòu)主要包含無刷電機、電調(diào)、電源和槳葉。噴灑功能的結(jié)構(gòu)包含噴桿部位、噴頭部位、藥物輸送管路、藥箱、噴藥泵等結(jié)構(gòu)?？刂乒δ懿糠值慕Y(jié)構(gòu)包含定位接收裝置、陀螺儀、加速度傳感裝置、紅外測距和遙控接收裝置。輔助功能包含起落架、保護罩等配件。植保無人機的運行依靠各結(jié)構(gòu)功能實施配合，可以在指定的速度、高度按照規(guī)定路線完成噴灑任務(wù)。

（二）植保無人機飛行操控原理

植保無人機實施飛行功能，主要是通過槳葉旋轉(zhuǎn)來對重力實施克服的，在植保機飛行過程中，利用各電機不同轉(zhuǎn)速實現(xiàn)前后左右高低方向上的移動等實際功能需求。比如四旋翼類型植保無人機，該機型結(jié)構(gòu)簡單，具有的飛行功能主要包含四個方面：垂直方向的升降、滾轉(zhuǎn)、俯仰以及偏航。

（三）植保無人機精準定位原理

定位技術(shù)是植保無人機重要功能之一，表現(xiàn)形式主要有兩種：一是，利用接收端實施定位功能。通過植保無人機的接收端可以和三個以上的衛(wèi)星建立位置方面的關(guān)系，進而可以對植保無人機實施空間定位。衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用是較傳統(tǒng)技術(shù)方式，精準度和手機、汽車導(dǎo)航等十分相似，以米作為最精準級別。使得植保無人機精量定位、定點懸停等功能較難實現(xiàn)。二是，GPS差分技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)的定位功能是以傳統(tǒng)三維衛(wèi)星實施的定位技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過和地面的基站設(shè)備實施聯(lián)系，開展位置信息方面的精確校正。植保無人機使用的GPS差分技術(shù)，通常以單基準站的差分和多基準站局域區(qū)域的差分技術(shù)作為主要技術(shù)應(yīng)用。該技術(shù)的應(yīng)用可以觀測四顆衛(wèi)星，在對基站實施三維定位，進而可以保障基站為主具有固定性和精準位置坐標特點。通過植保無人機周圍的基站實施定位，再和植保無人機本身進行定位，對兩者實施對比，然后消除兩者共同誤差，降低了衛(wèi)星軌道、大氣因素等方面的負面影響，可以使植保無人機的定位實現(xiàn)厘米級別的精準度。

三、植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用特點分析

（一）應(yīng)用優(yōu)勢分析

植保無人機使用中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：一是，對于藥物噴灑的質(zhì)量高。在實際作業(yè)過程中植保無人機使用的是高霧化形式的噴頭和低噴施量相結(jié)合的作業(yè)方法，利用提前設(shè)置好的噴施速度、高度，確保農(nóng)藥噴灑量可以符合植保需要的前提下，盡可能地減少殘留現(xiàn)象對于人們健康方面的影響。利用植保無人機的槳葉在轉(zhuǎn)動過程中形成的旋風(fēng)效果，使農(nóng)藥可以更好的噴灑在農(nóng)作物的根部，進而提升農(nóng)藥噴灑效果和質(zhì)量。二是，提高農(nóng)藥的噴灑效率。植保無人機實際作業(yè)過程中受到地形方面的限制性較小，并且無人機的體積小，利于攜帶，使用時利用農(nóng)用車輛、私家汽車等均可以將其運送至農(nóng)業(yè)田中。植保無人機在實施農(nóng)藥噴灑速度方面和人工作業(yè)和輪式機具相比有著明顯優(yōu)勢，在很大程度上提升了作業(yè)效率，降低了工作量。三是，操作人員自身安全系數(shù)高。農(nóng)作物實施農(nóng)藥噴灑過程中，傳功的作業(yè)方式下，會對作業(yè)人員造成較大的健康傷害。而植保無人機應(yīng)用過程中，操控人員只需要對其進行相應(yīng)的工作范圍設(shè)置以及確定起止位置即可。植保無人機會實施自動作業(yè)，操控人員只需要在較遠的安全區(qū)域內(nèi)開展查看、位置調(diào)整、調(diào)整植保無人機工作實際狀態(tài)等工作就行，防止了傳統(tǒng)農(nóng)藥噴灑過程中作業(yè)人員直接和農(nóng)藥進行接觸所具有的危害性。四是，植保無人機對于農(nóng)田的適應(yīng)性良好。使用植保無人機實施農(nóng)藥噴施，其機型體積小，無論是面積較大的農(nóng)田，還是較小農(nóng)田地塊，均可使用，并且在作業(yè)過程中可以依據(jù)最初設(shè)定的飛行路線開展工作，減少了傳統(tǒng)作業(yè)過程中存在的重復(fù)噴灑或者遺漏等方面的問題。

（二）技術(shù)不足分析

植保無人機在我國當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，存在的技術(shù)不足現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是，性能方面存在一定缺陷。植保無人機自身的荷載量、續(xù)航時間等對于實施植保作業(yè)的效率起到了較為直接的影響。當前我國行業(yè)內(nèi)的植保無人機最長續(xù)航時間在20分鐘左右，最大的荷載量在20千克左右，最小荷載量僅為5千克，這就使得植保無人機在對較大面積農(nóng)田實施農(nóng)藥噴施作業(yè)時受到了較為明顯的效率限制。使得植保無人機性能下降，實用性以及操控性能降低，在我國當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷向集約化、規(guī)?；l(fā)展的趨勢下，在開展大范圍植保作業(yè)過程中會發(fā)生頻繁更換續(xù)航電池和裝載農(nóng)藥的現(xiàn)象，進而嚴重影響作業(yè)效率。二是，植保無人機的施藥設(shè)備和技術(shù)相對落后。植保無人機所具有的施藥技術(shù)屬于實施航空植保作業(yè)的核心內(nèi)容，對于解決我國農(nóng)業(yè)的播種、航測、施肥等工作起到關(guān)鍵性作用。但是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)具有地形十分復(fù)雜、不同地域農(nóng)作物種類不同，使得植保無人機在噴施裝置、技術(shù)以及飛行狀態(tài)方面的要求不同。當前植保無人機在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初期推廣和探索階段，因此存在一定的配套設(shè)施不足、缺乏高校施藥技術(shù)等方面的問題。除此之外，技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量和精度方面同樣存在一定的缺陷，和西方發(fā)達國家相比較而言存在較大差距。三是，缺乏專用藥劑方面的研究。植保無人機受到自身結(jié)構(gòu)和材質(zhì)方面的約束，對于農(nóng)藥的類型有著較高要求，對于雜志多、溶解性不良、腐蝕性較強的農(nóng)藥是不能在植保無人機中進行使用的。但是，當前我國行業(yè)內(nèi)關(guān)于開展植保無人機實施農(nóng)藥噴灑作業(yè)所使用的農(nóng)藥藥劑研究的公司數(shù)量不多，使得可以和植保無人機實施配套使用的專業(yè)性病蟲害農(nóng)藥種類較少，并且對于使用標準缺乏行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一規(guī)定，存在一定的不規(guī)范性，導(dǎo)致實際作業(yè)過程中專業(yè)性藥劑和可混性相關(guān)標準方面存在一定的混合比例不標準，藥量以及藥效無法得到有效保障等現(xiàn)狀問題，同時還會對農(nóng)田作物和周邊環(huán)境造成一定的污染和負面影響。

四、植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)化策略探析

（一）加強國家有關(guān)部門的管理力度

結(jié)合我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點和需求，國家有關(guān)部門和政府機關(guān)應(yīng)加強和加大植保無人機技術(shù)的研究與應(yīng)用?？梢酝ㄟ^總結(jié)先進國家實施經(jīng)驗，加大相關(guān)的政策引導(dǎo)，對于開展植保無人機研制的公司和企業(yè)提供一定的優(yōu)惠政策，激發(fā)企業(yè)積極性。并加強植保無人機研制企業(yè)、農(nóng)業(yè)經(jīng)營者、農(nóng)藥產(chǎn)品研發(fā)企業(yè)三者之間的合作工作，通過國家有關(guān)部門進行組織，利用召開專題會議的形式，將當前行業(yè)發(fā)展缺陷以及需求等進行較為全面的信息溝通，提升研制效果和效率，進而使植保無人機技術(shù)的應(yīng)用從設(shè)備、操控、藥劑等方面得到全面提升，通過改善相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)的蔬菜等，來降低負面影響，提升植保無人機實際工作效率和質(zhì)量。技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用才是突破行業(yè)發(fā)展瓶頸的重要措施和途徑，建議國家以及政府有關(guān)部門加大管理力度和關(guān)注程度。

（二）加強植保無人機性能方面的研制

一是，加強大容量續(xù)航電池的應(yīng)用。植保無人機在續(xù)航方面使用的是蓄電池，因此蓄電池的最大工作時間是保障植保無人機工作效率的基礎(chǔ)條件。在實際應(yīng)用過程中可以通過增加植保無人機蓄電池融合以及性能的方式，來提升植保無人機的應(yīng)用效果和性能。二是，優(yōu)化植保無人機設(shè)計方案。通過加強結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化，提升植保無人機使用過程中對于障礙物的躲閃能力，提升其自我保護能力以及自主飛行方面的性能。也就是加強植保無人機人工智能化方面的研究，來保障其使用性能的提升。三是，加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門的指導(dǎo)管理工作。我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，不斷向集約化和規(guī)范化方向發(fā)展，植保無人機的應(yīng)用管理問題必然向著規(guī)范化方向發(fā)展。因此加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理部門的管理力度，可以使其利用政府功能和植保無人機研制企業(yè)實施更加深入合作，實現(xiàn)技術(shù)資源、資金資源的互助，進而加快植保無人機技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新發(fā)展，改善當前行業(yè)內(nèi)存在的藥液噴灑精度不準等問題。

（三）加強專業(yè)人員的培訓(xùn)

植保無人機的使用需要專業(yè)的操控人員進行技術(shù)管控，開展日常的保養(yǎng)以及設(shè)備維護和維修等多種工作。隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，植保無人機的應(yīng)用成為行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，勢必會帶來更多專業(yè)型人才的需求，加強現(xiàn)有人才專業(yè)性方面的培訓(xùn)，提升技術(shù)人要的操控能力、故障處理能力以及日常保養(yǎng)維護能力等，均可有效保障植保無人機的高效運用。同時還需要加強專業(yè)型人才隊伍的建設(shè)和創(chuàng)新人才的發(fā)展。加強操控人員對于植保無人機理論方面的知識以及實踐技能方面的水平，并在農(nóng)業(yè)經(jīng)營者群體中選拔具有較強理解能力和較高操作能力人員，使其進入專業(yè)人才隊伍中，可以有效解決因操作人員技術(shù)不達標而造成的影響植保無人機作業(yè)效果和效率的現(xiàn)象發(fā)生。

（四）加強植保無人機使用管理制度建設(shè)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展依靠的是制度化和規(guī)范化管理工作的開展，植保無人機技術(shù)的應(yīng)用同樣需要嚴格的制度規(guī)范來有效管控行業(yè)發(fā)展過程中存在的市場混亂、標準不一等問題，進而可以起到提升植保無人機設(shè)計和應(yīng)用質(zhì)量的重要性作用。加強相關(guān)監(jiān)督管理工作的參與，來有效解決行業(yè)發(fā)展過程中存在的責(zé)任不清、履職不明等現(xiàn)象。有了健全的行業(yè)規(guī)定、制度管理和嚴格的監(jiān)督制度做保障，可以更好地推動植保無人機在我國農(nóng)業(yè)行業(yè)的推廣和高效應(yīng)用。

五、結(jié)語

通過本文內(nèi)容可以看到植保無人機技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用仍處于初期推廣階段，在技術(shù)研究和應(yīng)用方面存在一定的缺陷與不足。本文主要從植保無人機主要組成結(jié)構(gòu)、飛行操控原理、精準定位原理幾方面進行了植保無人機種類的分析，并從植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢和技術(shù)不足兩方面開展了植保無人機應(yīng)用特點方面的分析。在進行植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)化策略探析，主要是從加強國家有關(guān)部門的管理力度、提升植保無人機性能研發(fā)、加強專業(yè)人員的培訓(xùn)以及健全和落實植保無人機使用管理制度等途徑進行了較為詳細的研究。隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及科技技術(shù)的進步，植保無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用是必然發(fā)展趨勢，因此加強相關(guān)應(yīng)用特點的分析十分重要。

作者簡介：孔祥蕊（1990— ），女，漢族，天津人，本科，助教，研究方向：無人機應(yīng)用技術(shù)。