襄汾縣應用無人植保機技術的研究

趙宗平，王 強

（襄汾縣農業機械發展中心，山西 襄汾 041500）

襄汾縣采用T20型無人植保機對玉米、小麥等作物生長期進行病蟲害的防治，依據當地生產實際，引進植保薄弱環節機具，計劃引進由深圳市大疆創新科技有限公司生產的T20型無人植保機4臺，由鄧莊鎮木子永安農機專業合作社、西賈鄉戰備農機專業合作社承擔項目的實施。由襄汾縣農業機械發展中心項目技術人員配合示范作業機手對新購置的T20型無人植保機開展試驗考核。

1 試驗機具情況

1.1 機具類型

T20型無人植保機由深圳大疆創新科技有限公司生產。該機藥液裝載容量為20 L，噴幅為7m，8噴頭設計，全自主作業，全向數字雷達水平360°避障，全天候感知農田環境，實時圖像監控系統，模塊化設計，全身可水洗，電池、作業箱可快速插拔、快速折疊、便于運輸。

1.2 機具成本

T20型無人植保機，原價49000元，按項目區作業量2000畝（1畝=0.067hm2）、電費0.5元/kW·h、報廢時殘值率5%、折舊年限3年、年修理費用1000元、機組操作人員工資300元/d、機組輔助人員工資150元/d計算，生產效率為102畝/h，完成作業需要2.5d，該期間操作員工資總費用750元，輔助人員工資總費用375元，單位作業量的平均工資費0.6元/畝，單位作業量折舊費5.2元/畝，單位作業量所負擔的修理費為0.4元/畝，單位作業量所負擔的機器組修理費0.4元/畝，單位作業量的能源消耗量為0.08 kW·h/畝。計單位作業量的經營管理費6.64元/畝，生產考核試驗期間實際經營管理費用13200元。

2 試驗技術條件

試驗技術條件：①操作員要持有無人機操作證，熟練掌握無人植保機的操作方法。②準備植保專用測水敏紙200張，高度指示桿12根，紅色墨水6瓶，記號筆2根，彩旗24面（3種顏色），小夾子3盒。③試驗地塊應盡量選擇長勢均勻的作物，并了解該作物的品種及成熟周期。④仔細確認測試區域無高壓線、樹木、電線桿等障礙物，確認風力不會產生影響，要避免逆光飛行。⑤觀察試驗地形和周圍狀況，確定無人機起降位置；檢查機械部分、螺旋槳、藥箱是否完好、機架是否牢固、螺栓有無松動；檢查電子部分連接線頭是否松動、電池有無破損、遙控器按鈕是否正常歸位；接通電源后，查看信號指示燈是否正常工作。

3 試驗開展情況

3.1 噴幅測試

在進行田間測試前，對無人機進行噴霧測試（見圖1）。布點區域寬度6m，植保專用測水敏紙以行距×間距5 m×0.5 m布置，無人機藥箱加紅色墨水，以最優化作業參數，沿飛行中心線飛行，噴霧結束后，查看自制霧滴沉積測試紙霧滴沉積范圍，測出無人機的噴幅寬度。

圖1 噴幅測試Fig.1 The spray width test

3.2 確定試驗區、確定作業時間

測試區（見圖2）由隔離區、噴霧區、采樣區域組成，每個區的4個角用一種顏色彩旗標定。隔離區寬度10m，噴霧區長度60m，寬度B為無人機噴幅，采樣區設置在中心噴幅內，距離一端噴霧起止線10m，寬度B為無人機噴幅寬度，長度為20m。飛行區側邊固定有高度指示桿，以作為無人機飛行高度指示，飛行高度距離玉米頂端2.5m。

圖2 測試區劃分Fig.2 The test area division

A點、B點為噴霧起止點，站定人員，手執紅旗。C點，D點為采樣起止點。測試時，無人機以最優化飛行噴霧參數沿飛行中心線飛行，共飛行3個噴幅。起飛后當調整到最優化飛行狀態后進入飛行區，在噴霧起止線處開始噴霧，同時A點站定人員開始計時（t1），無人機通過另一端噴霧起止線處，B點站定人員搖動紅旗通知操控手停止噴霧，此時計時暫停，無人機掉頭轉移到另外一個相鄰噴幅（t2），通過噴霧起止線時開始噴霧，此時計時繼續，如此完成3個噴霧作業（t3），計時結束，獲得無人機在噴霧區中的飛行時間t，即t1+t2+t3。

3.3 作業效果測試

采樣區中的布點方法（見圖3、圖4）。采樣區中布置霧滴沉積測試紙以測試霧滴沉積分布密度、沉積覆蓋率等。測試紙以3行×6列矩陣型布置，行距5m，列距1/6 B（B為無人機測出的噴幅），進行交錯設點。放置在上中位置的測試紙分別用小夾子夾在作物葉片的正面和背面，通過觀察作物葉片正反面測試紙上霧滴的沉降情況，測試農藥霧滴在靶標正反兩面的沉降分布狀態。下部的測試紙固定在小紙板上放在地面上，作業完成后，通過觀察測試紙上霧滴的沉降情況，查看無人機作業穿透效果。無人機噴霧結束后，等待農藥霧滴沉積測試紙上的霧滴干后，分別收集測試紙，等待后期測試。

圖3 采樣區布點方法Fig.3 The sampling area distribution method

圖4 測試紙放置位置示意Fig.4 The test paper placement

3.4 測試計算方法

按無人機作業3個噴幅，每個噴幅寬6m，作業長度60 m計算。

（1）噴量計算

式中：Q1——無人機測試飛行前加入的測試藥液，L；Q2——測試飛行結束后藥箱中的剩余藥液，L；S——飛行噴霧面積，畝。

（2）作業效率計算

式中，V——作業效率，畝/s；S——噴霧區面積；t——3個噴幅純作業時間，s。

測試結果：第1噴幅純作業時間t1為21.08 s，第2噴幅純作業時間t2為22.38 s，第3噴幅純作業時間t3為21.47 s。

3.5 試驗結果采集

7月28日，在承擔科技示范推廣項目的鄧莊鎮河坡村玉米全程機械化示范區，推廣站技術人員首先對試驗區地塊進行了選定，隨后進行了噴灑測試。然后對噴灑后的試驗區進行了相關數據采集。

4 效益分析

4.1 經濟效益

4.1.1 增產值

應用T20型無人植保機，按每天作業8 h計算，每畝作業收費10元，項目區2000畝玉米生長管理期進行2次植保作業計算，總計收入40000元。無人植保機作業效率102畝/h，共計5d完成，用電量0.08 kW·h/畝，共計支出160元，經營管理費9元/畝，共計支出36000元，共計增收3840元。

4.1.2 節支

（1）節省農藥費用：畝節藥30%左右，項目區2000畝玉米生長管理期進行2次植保作業計算，即生長期葉面噴肥和病蟲害防治節藥9元/畝，共計節支36000元。

（2）節省人工費用：通過T20型無人植保機與高地隙無人植保機的應用比較，項目區2000畝玉米兩次植保作業，無人植保機5d完成；高地隙無人植保機作業效率20畝/h，需25d完成，無人植保機2次作業可節約20d。按平均每畝節工2個計算，項目區共可節工8000個，每個工按80元/d計算，20天共創造社會效益64000元。

（3）項目增收節支總效益：項目增收節支效益合計=增產值+節支=3840元+36000元=39840元；項目平均畝增收節支=項目增收節支效益合計÷小麥種植面積=39840元÷4000畝=9.96元/畝。

4.2 社會效益

通過T20型無人植保機與高地隙無人植保機的應用比較，項目區2000畝玉米2次植保作業，無人植保機5d完成；高地隙無人植保機作業效率20畝/h，需25d完成，無人植保機2次作業可節約20d。按平均每畝節工2個計算，項目區共可節工8000個，每個工按80元/d計算，20d共創造社會效益64000元。

項目實施后可實現畝節約用工2個，4000畝共可節省用工8000個，解放的勞動力可投入到第二產業、第三產業。

無人植保機還可用于果樹、中藥材等其他作物的植保作業，促進農村經濟發展和提高農民收入。

4.3 生態效益

飛防過程中無人機操作員遠離藥物，作業安全系數高，有效改善了以往在農作物植保環節中藥物殘留對人體的傷害。同時，無人植保機噴灑效率高，噴灑效果好，地表殘留藥物少，更有利于促進農業節本增效，推進農業綠色生產發展。

5 存在的問題

5.1 高新技術普及較為困難

無人植保機屬于高科技電子產品，更新換代快，使用有季節性，價格較高。希望能盡快進入農機補貼目錄，使機手能夠享受到補貼，為機手帶來可觀的利潤。

5.2 成本高

無人植保機在飛防過程中需準備多組電池，而平均每組電池都在4000元左右，建議盡可能延長電池續航時間，并有效提高機身負載質量。

6 結語

總而言之，無人植保機的應用能夠產生較好的經濟效益、社會效益和生態效益，減少了作業用工量，促進了農村勞動力轉移，改善生態環境。所以，項目實施為加快推進農業農村現代化，實施鄉村振興戰略提供了有力支撐。