威鷹無人機(jī)植保與人工植保的對(duì)比試驗(yàn)

朱為德，袁俊云，楊青，尹傳紅

（1.臨沂市森林濕地保護(hù)中心，山東 臨沂 276000；2.山東飛思智能科技有限公司，山東臨沂 276000）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國目前使用的植保機(jī)械以手動(dòng)和小型機(jī)（電）動(dòng)噴霧機(jī)為主，其中手動(dòng)施藥藥械、背負(fù)式機(jī)動(dòng)藥械分別占國內(nèi)植保機(jī)械保有量的93.07%和5.53%，拖拉機(jī)懸掛式植保機(jī)械約占0.57%，植保作業(yè)投入的勞力多、勞動(dòng)強(qiáng)度大，施藥人員中毒事件時(shí)有發(fā)生。目前，國內(nèi)農(nóng)藥用量越來越大，作業(yè)成本高，浪費(fèi)嚴(yán)重，資源有效利用率低下，苗木產(chǎn)量和質(zhì)量難以得到保障，同時(shí)帶來嚴(yán)重的水土資源污染、生態(tài)系統(tǒng)失衡、林產(chǎn)品品質(zhì)下降等問題，無法適應(yīng)現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的需要。

臨沂市病蟲害爆發(fā)季節(jié)大部分勞動(dòng)力以留守的中老年人為主，造成噴藥質(zhì)量不高，重噴、漏噴現(xiàn)象普遍，長期背負(fù)式作業(yè)，農(nóng)藥也會(huì)傷害身體，造成作業(yè)人員中毒甚至死亡，防治效率低下。鑒于此，研制出適宜林業(yè)作業(yè)環(huán)境的新型植保無人機(jī)——威鷹3W-WYV6-07 型V6 旋翼植保機(jī)。該植保機(jī)的離心式噴頭，采用上下兩部分卡扣式設(shè)計(jì)，便于維修更換，噴頭上安裝設(shè)計(jì)訂制的無刷電機(jī)，可使藥液霧化直徑達(dá)到50～200 um，超過國家執(zhí)行霧化標(biāo)準(zhǔn)。其軟體藥箱在噴灑過程中利用藥泵吸取藥液所產(chǎn)生的壓力，藥箱會(huì)隨著藥液的減少而縮小，始終處于一種飽和狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)飛行過程中沒有浪涌的出現(xiàn)，增加飛機(jī)的飛行穩(wěn)定性。

為了對(duì)比無人機(jī)植保和半機(jī)械化人工植保的效果，于2016年7月24日在臨沂市蘭山區(qū)李官鎮(zhèn)寨外林場(chǎng)進(jìn)行了兩種植保方式的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比機(jī)具分別為威鷹3W-WYV6-07型V6旋翼植保機(jī)和背負(fù)式汽油噴霧器。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選在速生白蠟苗圃，屬于暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四季分明，雨量充沛，氣候溫和，全年平均氣溫14.1 ℃，極端最高氣溫36.5 ℃、最低氣溫-11.1 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 314 h、降水量849 mm，全年無霜期200 d以上。苗圃地面積2.67 hm2，土壤質(zhì)地砂壤，pH值7.5，苗木栽植株行距為1 m×1.5 m，平均苗高3 m，冠幅1 m×1.2 m，苗齡2 a，郁閉度0.8。為黃刺蛾（Cnidocampa flavescensWalker）發(fā)生區(qū)，幼蟲1～2齡，平均蟲口密度48頭/株，蟲株率98%。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)藥劑1為通化綠地農(nóng)藥化學(xué)有限公司生產(chǎn)的25%滅幼脲3 號(hào)懸浮劑，是一種昆蟲幾丁質(zhì)合成酶抑制劑，在環(huán)境中降解速度快，對(duì)哺乳動(dòng)物安全，規(guī)格為200 ml/瓶，市場(chǎng)價(jià)格8.0元/瓶；藥劑2為濟(jì)南綠賽化工有限公司生產(chǎn)的有機(jī)硅，主要成分為100%精純農(nóng)用有機(jī)硅原液，可提高藥液的附著力，減緩藥液漂移問題，增加藥液的鋪展面積，提高無人機(jī)作業(yè)效果與效率，規(guī)格為100 ml/瓶，市場(chǎng)價(jià)格10元/瓶。

噴藥器械1為威鷹3W-WYV6-07型V6旋翼植保機(jī)，藥箱容量7L；器械2為杭州驟浩科技有限公司生產(chǎn)的KXF-708 背負(fù)式汽油噴霧器，藥箱容量20 L，射程5 M。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分背負(fù)式汽油噴霧器人工組(以下簡稱“人工組”)及無人機(jī)組，分別在劃定的圃地進(jìn)行植保作業(yè)，人工組和無人機(jī)組各1.33 hm2，試驗(yàn)圃地土地平整，無障礙物，滿足無人機(jī)作業(yè)條件。當(dāng)天天氣多云，風(fēng)力1 級(jí)，氣溫27～35 ℃，噴藥后24 h 內(nèi)無降水。設(shè)定1份農(nóng)藥量是指0.07 hm2苗圃地的農(nóng)藥用量，農(nóng)藥費(fèi)用按市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算。

人工組：人工組由3 人、4 臺(tái)背負(fù)式汽油噴霧器組成，2 人噴藥，1 人配藥，配施藥輪流進(jìn)行。1 份農(nóng)藥量兌水至40 l左右，一般情況下，單次每桶農(nóng)藥用量為0.5份。

無人機(jī)組：無人機(jī)組一般由1 臺(tái)無人機(jī)、1 名操作手和1 名觀察員組成。作業(yè)時(shí)，首先估算好作業(yè)面積，統(tǒng)一配好藥液，然后灌入無人機(jī)藥桶，1 份農(nóng)藥量兌水至500 ml 左右，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每架次農(nóng)藥用量為10份。

農(nóng)藥成本計(jì)算方法：1份農(nóng)藥用量為25%的滅幼脲懸浮劑40 ml，100%精純農(nóng)用有機(jī)硅原液1.2 ml，成本合計(jì)1.72 元。無人機(jī)組及人工組單次作業(yè)農(nóng)藥成本見表1。

表1 單次作業(yè)農(nóng)藥成本

施藥成本計(jì)算方法：作業(yè)面積均為1.33 hm2，待施藥結(jié)束后，計(jì)算作業(yè)時(shí)間。人工組作業(yè)開始后勻速步行，施藥不重不漏，勞動(dòng)力工資按2元/hm2計(jì)算。無人機(jī)組作業(yè)開始后無人機(jī)飛行速度控制在3～5 m/s，作業(yè)高度距離苗木頂梢1～2 m，采用衛(wèi)星定位導(dǎo)航，自動(dòng)規(guī)劃航線，自主按航線飛行并自主接力，作業(yè)服務(wù)費(fèi)按市場(chǎng)價(jià)1.33元/hm2計(jì)算。

1.4 防治效果調(diào)查

分別在人工組和無人機(jī)組施藥的苗圃地，隨機(jī)選取3 塊5 m×6 m 的處理區(qū)并做標(biāo)記，每個(gè)處理區(qū)苗木數(shù)量20株。防治前統(tǒng)計(jì)樣株的蟲口數(shù)，防治后每2d檢查各處理區(qū)樣株蟲口變化情況，計(jì)算蟲口減退率（死亡率）。

2 結(jié)果與分析

2.1 作業(yè)效率

無人機(jī)組2人，飛行2架次，作業(yè)面積1.33 hm2，用時(shí)0.33 h，人均2 hm2/h；人工組3 人，作業(yè)面積1.33 hm2，用時(shí)5 h，人均0.08 hm2/h。無人機(jī)組人均工作效率是人工組的22.6倍。詳見表2。

表2 無人機(jī)組、人工組作業(yè)效率

2.2 作業(yè)成本

人工組作業(yè)面積1.33 hm2，用藥20份，農(nóng)藥成本34.4元，施藥成本600元，總成本634.4元，單位成本475.8元/hm2。

無人機(jī)組作業(yè)面積1.33 hm2，飛行2 架次，用藥20 份，農(nóng)藥成本34.4 元，施藥成本400 元，總成本434.4元，單位成本325.8元/hm2。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果，無人機(jī)組單位總成本325.8元/hm2，比人工組475.8 元/ hm2節(jié)約成本150 元/ hm2，節(jié)省31.5%。詳見表3。

表3 植保作業(yè)成本

2.3 作業(yè)效果

從寨外林場(chǎng)苗圃的防治結(jié)果來看，兩種作業(yè)方式的蟲口減退率均呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，人工組藥后1 d、3 d、7 d、11 d、15 d 的蟲口減退率分別為25.4 %、59.3 %、75.8 %、78.2 %、79.6 %，無人機(jī)組藥后1 d、3 d、7 d、11 d、15 d 的蟲口減退率分別為32.5 %、65.2 %、86.4 %、90.7 %、92.3 %。兩種做作業(yè)方式均在第15 d 蟲口減退率達(dá)到最高值，無人機(jī)組比人工組提高16 %。詳見表4。

表4 防治效果對(duì)比

從表4 可以看出，人工組3 個(gè)重復(fù)的蟲口減退率差別較大，無人機(jī)組3 個(gè)重復(fù)的蟲口減退率差別不明顯，分析原因可能是，無人機(jī)噴灑均勻，穿透力強(qiáng)，對(duì)于葉面的正反面均可以噴灑到，減少了漏噴的可能。同時(shí)，無人機(jī)在樹冠頂部作業(yè)，對(duì)于地面機(jī)械無法觸及的樹梢等較高部位可有效地進(jìn)行噴灑，這也是無人機(jī)組防治效果好的原因之一。

3 結(jié)論

無人機(jī)組人均工作效率是人工組的22.6 倍，單位面積總成本節(jié)省31.5 %，具有噴灑均勻、高度霧化、環(huán)保節(jié)約和安全高效等優(yōu)點(diǎn)；無人機(jī)組噴藥15 d的防治效果較人工組提高16%。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，只要保證操作者的視野，無人機(jī)可以對(duì)高度7 m 的苗木進(jìn)行噴灑作業(yè)，解決了人工噴灑農(nóng)藥無法完成的高度。無人機(jī)植保將是替代傳統(tǒng)半機(jī)械化作業(yè)的重要模式之一。