植保無人機飛防作業應用特點與存在問題分析

陸顯斌

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 佳木斯農業機械化研究所，黑龍江 佳木斯 154004)

0 引言

隨著我國農村土地經營模式的轉變，土地的集約化經營增多，農業生產對不同農機過程的工作效率都提出了更高的要求，植保作業是農作物健康生長的有效保證，有利于提高農作物產量。隨著科學技術的不斷進步，農業植保已經不僅僅局限于傳統的輪式機具作業，先進的植保無人機越來越多的應用到農業生產之中，使農業植保工作以全新的形式得以實施。植保無人機的應用有效緩解了農村地區勞動力不足和生產效率低下的問題，同時節省了農業生產的成本投入，能夠在一定程度上提高農業經營者的收入。植保無人機在農業生產應用逐漸增多的同時，其實際操作要求高、售后服務滯后、維修成本高等問題也逐漸顯現，因此應進一步優化農用植保無人機的產業體系，以保證航空植保技術得到更合理的發展。

1 農用植保無人機應用現狀

農用的植保無人機根據結構和飛行的形式大體分為固定翼植保無人機、單旋翼植保無人機、多旋翼植保無人機。固定翼植保無人機具有較高的飛行速度，能夠快速對農田實施大范圍植保作業，但其操作難度較大、植保精確度低，現階段更多應用于農田信息采集和嚴重病蟲害的緊急防治；單旋翼植保無人機采用單一大旋翼配合尾翼的形式，具有飛行穩定、作業效率高、霧化植保質量好的優點，但購置成本高、操作難度大，更適合專業人員植保使用；多旋翼植保無人機近年來使用量增長很快，其機型根據旋翼數量可分為四旋翼、六旋翼、八旋翼、十二旋翼等很多形式，多旋翼植保無人機的市場價格相對較低，通常僅為5萬～10萬元，且農民經過系統的學習后即可掌握操作要點，適合推廣使用，但多旋翼植保無人機受到電池能力限制，目前的續航能力不足，且抗風能力差，在一定程度影響了作業效率。

本文以現階段比較熱門的多旋翼植保無人機為例，說明航空植保機械的作業特點和現階段的主要問題。多旋翼植保無人機主要結構由動力系統、飛控系統、噴施系統三大部分組成，使用時操作人員在農田附近的平坦空地操作無人機作業即可，無人機的智能化程度較高，能實現自動化作業的要求，多旋翼植保無人機作業流程如圖1所示。

圖1 多旋翼植保無人機作業流程

2 農用植保無人機的應用特點

2.1 自動化程度高

多旋翼植保無人機采用了先進的數據處理系統，能夠通過獲取田塊區域信息后自動生成飛行航線，操作者在植保過程中只需通過遠距離遙控即可實現對植保無人機的控制。在實際作業中，大多數的噴藥過程不需人工干預，無人機能夠按照預設的路線穩定地完成植保作業，且植保無人機配備了高精度的GPS技術和傳感器技術，能在農藥量不足或電量不足時自動返航，并記憶之前的斷噴位置，在充電或添加農藥后自動續航，在原位置實現斷點續噴的功能，有效避免漏噴重噴問題的發生。

2.2 農藥噴施質量高

多旋翼植保無人機能夠根據農作物高度和種植密度調整噴施高度和飛行速度，通過低空、超低空勻速噴施提高整體的覆蓋均勻性，由于多旋翼的下旋風作用配合高霧化噴頭，有效提高了噴霧的滲透能力，能保證藥液到達農作物植株各個位置，有利于作物下部和根部的病蟲害防治。

2.3 植保作業效率高

多旋翼植保無人機相對于傳統的輪式植保機，不受地形條件的制約，具有更高的作業效率，通常情況下多旋翼植保無人機連續作業的工作效率可達4～8 hm2·h-1，達到普通輪式機械植保效率的2～3倍，更是達到傳統人工噴施作業效率的50倍以上。但是現階段植保無人機技術受限于電池作業能力，無法實現長時間的連續生產作業，在一定程度上影響了植保作業的效率，若電池續航能力得到明顯提升，則植保無人機的工作效率將會得到更大的提升。

2.4 資源節約與環保優勢

多旋翼植保無人機采用專用的高濃度農藥，在作業過程中利用高霧化噴頭和變量噴藥技術能夠在區域范圍內用最小的噴藥量實現最佳的植保作業效果，有效減少農藥和水資源的使用量。同時，由于植保過程大多數農藥作用于農作物本體，減少了藥物噴施對土壤和周邊水資源的污染，也同時控制了農作物農藥殘留嚴重的問題，有利于食品安全。此外，由于植保無人機作業采用遠程控制，操作人員不直接接觸農藥噴施區域，減少了操作者中毒和影響健康等問題。

2.5 對作物的損傷較小

植保無人機的飛行植保方式相對于傳統的輪式植保機械，不會對農作物產生碾壓、擦傷等問題，同時不對耕地的土壤產生壓實問題，有利于保護土壤的物理結構，有利于農作物均衡生長和根系的良好發育。

3 植保無人機應用存在的問題

3.1 續航能力不足

現階段的多旋翼植保無人機盡管機身采用了碳纖維為主的材料，但由于需要承載10～15 kg的藥液，受限于電池的續航能力，通常的單次作業時間僅為10～15 min，最長不超過20 min，圖2為主流多旋翼植保無人機產品的續航能力比較。由于續航能力不足，無人機作業過程中只能采用頻繁更換電池的方式，由于飛機往返和更換電池的過程消耗了較多的時間，導致每小時的實際平均工作時間僅為30～40 min，且在此過程中需要大量的備用電池，電池續航能力不足不僅影響了工作效率，也提高了使用成本。

圖2 主要植保無人機產品作業能力分析

3.2 霧滴漂移問題

由于多旋翼植保無人機配備了先進的高霧化噴頭，這種噴頭噴施的霧滴直徑相對更小，在風力微弱的條件下能更好地實現藥物附著作用，但在風力相對明顯時，霧滴的漂移量則顯著增加，霧滴的隨風飄移會造成農藥噴施的不均勻問題，使大面積耕地作業時出現明顯的漏噴和重噴現象，造成病蟲草害的防治不徹底，并對周邊環境產生不利影響。

3.3 先進機型售價仍偏高

盡管現階段大多數植保無人機的標準配備可控制在4萬～6萬元左右，但由于實際生產中需要更多的備用電池導致附屬成本顯著提高，加之大多數地區的植保無人機并未獲得農機購置補貼的支持，使農民的購置壓力增大，且植保無人機后續使用與維修的費用也較高，造成了農民后續使用成本的增加。

3.4 實際植保能力仍待提高

從現階段的植保效果來看，多旋翼植保無人機的變量噴藥技術和細節考慮仍存在欠缺，例如在多旋翼轉動的同時盡管提升了農藥霧滴的穿透能力，同時也造成了玉米和高粱等高莖作物的葉片轉動，農作物的彎曲、振動、變型在一定程度會影響農藥的附著效果，導致無人機飛離后農作物部分區域沒有形成霧滴附著，影響植保的全面性。

4 結語

隨著我國農業科技化水平的不斷提升，農業植保無人機已經被越來越多的農業生產者認可，植保無人機的進一步發展不僅要建立在功能優化、電池性能優化的基礎上，更需要政府部門給予足夠的政策支持與幫助，相信通過多方面共同努力，植保無人機的技術能力必將快速得到提高，同時農業生產的病蟲害防治工作能力也將顯著增強。